804
.pdfШихтой в печах электрошлакового переплава служит предварительно подготовленный расходуемый электрод. Куски шихтового материала (нарезанные медные катоды) сваривают или соединяют любым другим способом. Легирующие добавки вводят в сплав в виде прутков, при крепленных к электроду, или металлических порошков, помещенных в трубу.
Расходуемый электрод расплавляется за счет тепла, получаемого при прохождении переменного электрического тока через слой расплавлен ного шлака. Сначала электрод соприкасается с поддоном, а затем под нимается вверх на высоту, обеспечивающую устойчивый режим плавле ния. Расплавленный металл стекает в открытый медный водоохлаждае мый кристаллизатор. При плавке меди и ее сплавов для шлакообразова ния используют рафинирующую смесь следующего состава: 65% CaF2, 10% NaF, остальное - S i02 или 80% CaF2 + 20%ВаС12.
Техническая характеристика электрошлаковой установки типа А-550 для плавки меди и медных сплавов (например, меднохромовых) сле дующая:
Рабочее напряжение, В . |
44 |
Максимальная сила рабочего тока, А |
660 |
Производительность, кг/мин . |
0,6 |
Максимальный диаметр слитка, м м . |
300 |
Расход электроэнергии, кВт-ч/т |
.500-600 |
Наличие активного флюса при электрошлаковом переплаве практи чески полностью исключает возможность попадания крупных включении в металл; получается плотный слиток. Этот способ является наиболее ра циональным из всех указанных. Недостатки метода - необходимость подготовки электродов и подбор флюса, активного лишь к нежелатель ным примесям сплава.
Индукционная печь с холодным тиглем
Значительный интерес для качественной металлургии представляет ин дукционная плавка в холодном тигле. Этот метод по сравнению с рас смотренными имеет ряд особенностей, сочетание которых позволяет ис пользовать его для рафинирования расплава от примесей, получения сплавов, состоящих из металлов с большой разницей температур плавле ния и т.п.
Плавку в холодном тигле (рис. 6) проводят в такой последовательно сти. Сначала при пониженной мощности индуктора часть шихты нагрева ется до температуры, близкой к температуре плавления. Далее на индук тор подается полная расчетная мощность; расплав, находящийся в зоне более сильного электромагнитного поля, будет плавиться первым и от дельными каплями стекать вниз, образуя настыли при соприкоснове нии с холодной стенкой тигля и поддоном. Опыт показывает, что доля расплавившегося металла составляет 15—25% от всей загрузки. Этот расплав, замерзнув на поддоне, вторично расплавить не удается. Осталь ную навеску шихты загружают в холодный тигель всей массой одновре-
I ю
Рис. 6. Схема индукционной печи с холодным тешем:
1 —корпус печи; 2 —расплав; 3 —смотровое окно; 4 —шихта; 5 —подвижный совок; 6 - вакуум-провод; 7 - индуктор; 8 —холодный тигель; 9 —поддон; 10 - вода
менно. Размер загружаемых кусков металла должен быть в два раза больше глубины проникновения электромагнитного поля в переплав ляемый металл, Загрузку шихты во избежание образования над распла вом мостов следует вести только в зоне тигля, охваченной индуктором. В качестве затравки служит крупный кусок шихты или часть слитка из переплавляемого металла. Расплав затвердевает в холодном тигле при уменьшении и последующем регулировании мощности, подаваемой на индуктор. Интенсивное движение расплава за счет электромагнитного перемешивания и быстрое его затвердевание позволяют получать спла вы, однородные по химическому составу.
Индукционные тигельные печи
Индукционная тигельная печь представляет собой многовитковый во доохлаждаемый индуктор с внутренней огнеупорной футеровкой в виде тигля или со вставным тиглем, в которые загружается шихта. Индуктор подключают к источнику переменного тока Промышленной (50 Гц) или повышенной (500/10000 Гц) частоты от машинных генераторов или тиристорных преобразователей частотой 150^3000 Гц или более высокой частоты (от 50 до > 400 кГ ц ). Независимо от частоты питающего тока
принцип работы индукционных тигельных печей основан на поглощении шихтой электромагнитной энергии и превращении ее в тепловую энергию.
Наиболее широкое промышленное применение для плавки меди и ее сплавов нашли индукционные тигельные печи повышенной частоты с пи танием от электромашинных преобразователей, работающих на вакууме. Бывают печи периодического и полунепрерывного действия. В печах пер-
Рис. 7. Вакуумная индукционная установка ИМВ-1-НК:
1 - камера загрузки; 2 - термопара; 3 - устройство для отбора проб; 4 - крис таллизатор; 5 - вакуумпровод; 6 - компенсатор; 7 - зажим; 8 - камера разлив ки; 9 - уплотнительное кольцо; 10 - затворы; 11 - плавильная камера; 12 - рельс; 13 - индуктор; 14 - графитовый тигель; 15 - дозатор
вого типа после расплавления шихты и литья камеру разгерметизируют. Из печи извлекают слиток и подают новую навеску шихты. Преимущест ва этих печей - простота конструкции, компактность и небольшая стои мость. Основным недостатком является крайне низкая производитель ность,
Техническая характеристика индукционных вакуумных печей перио
дического действия следующая |
(частота |
2400 Гц; |
рабочий вакуум |
|
5-1(Г3 мм рт. ст.; для ИСВ-0,016ПИ —5 • К Г 1 мм рт.ст.) |
||||
Тип печи. . |
ИСВ-0,016ПИ ИСВ-0,06ПИ |
ИСВ-0Д6ПИ ИСЛВ-0.01ПФ |
||
Емкость тиг |
|
|
|
|
ля, кг . . |
16 |
60 |
160 |
10 |
Мощность ге |
|
|
|
|
нератора, кВт. |
50 |
50 |
100 |
100 |
Тип печи. |
ИСЛВ-0,025ПФ |
ИСВ-0.06ПФ |
ИСВ-0,06ПЦ |
|
Емкость тиг |
|
|
|
|
ля, кг |
25 |
60 |
|
60 |
Мощность гене |
|
|
|
|
ратора, кВ т. |
100 |
100 |
|
300 |
Более совершенные конструкции вакуумных тигельных электропе чей полунепрерывного действия. Число плавок без нарушения вакуума у этих печей равно стойкости материала тигля. Эти печи состоят из сле дующих камер: для загрузки шихты, плавильной и для разливки метал ла. Все камеры сообщаются между собой посредством затворов. Печь подсоединяется к насосу, создающему в процессе плавления сильное раз режение (рис. 7).
Техническая характеристика установки полунепрерывного действия типа ИМВ-1-НК, предназначенной для плавки и разливки меди и медных сплавов в вакууме или в среде нейтрального газа, следующая:
Максимальная масса слитка, т |
|
1 |
|
Мощность тигельной печи, кВт . |
|
500 |
|
Частота тока, Гц. . . |
|
1000 |
|
Вакуум л плавильной камере, мм рт.ст. |
............ |
Ю“2 |
|
Натекание (количество газа, поступающего в печь за 1 с на 1 кг |
|
||
металла) |
. |
|
0,70 |
Стойкость тигля, число плавок. |
|
150-200 |
Индукционные канальные печи
Основным плавильным агрегатом в современных литейных цехах для производства меди и медных сплавов служат индукционные канальные печи различной полезной емкости.
Несмотря на многообразие конструктивных особенностей применяе мых электропечей, в основу их работы положен принцип силового транс форматора. Энергия из первичной катушки (индуктора) передается на вторичную обмотку, в качестве которой используется постоянный оста ток (’’болото”) расплавленного металла. Более нагретые частицы метал ла, поднимаясь вверх, разогревают новые порции шихты, загружаемой
вшахту печи. В результате достигается хорошее перемешивание металла
иравномерный прогрев его по всему объему. За счет более совершенной
магнитной цепи (по сравнению с тигельными индукционными печами промышленной частоты) канальные печи имеют более высокий коэффи циент полезного действия и соответственно на 15—20% меньший удель ный расход электроэнергии.
Промышленность выпускает для плавки меди и ее сплавов печи, полу чившие наименование ИЛК (индукционные латунные канальные) с по следующей цифрой, показывающей полезную емкость печи.
Основные технические характеристики печей типа И Ж для плавки меди и медных сплавов следующие (число фаз равно 3):
Тип печи. |
ИЖ -1 |
ИЛК-1,6 |
ИЖ-2,5 |
ИЖ -6 |
ИЖ -16 |
Емкость, т |
1 |
|
|
|
|
полезная. |
1.6 |
2,5 |
6,0 |
16,0 |
|
канальной |
|
|
|
|
|
части . |
0,3 |
0,9 |
3,0 |
4,3 |
9,0 |
полная. . |
1,3 |
2,5 |
5,5 |
10,3 |
25,0 |
Мощность, кВт |
250 |
750 |
750 |
1264 |
1644 |
Число индукци |
|
|
|
|
|
онных единиц |
1 |
3 |
3 |
4 |
6 |
Рабочее напряже |
|
|
|
|
|
ние, в |
350 |
350 |
500 |
500 |
500 |
Мощность подо |
|
|
|
|
|
грева, кВт. |
25 |
55 |
80 |
166 |
226 |
Продолжитель |
|
|
|
|
|
ность плавки, ч. |
0,8 |
0,5 |
0,9 |
1,3 |
2,75 |
Расход охлаждаю |
|
|
|
|
|
щей воды, м3/ч |
1,2 |
1,5 |
1,5 |
1,5 |
3,5 |
Производитель |
|
|
|
|
|
ность, т/ч |
0,75 |
2,0 |
2,0 |
4,4 |
4,5 |
Масса, т: |
|
|
|
|
|
металличе |
|
|
|
|
|
ских конст |
|
|
|
|
|
рукций, |
4,8 |
10,0 |
27,0 |
32,0 |
43,4 |
общая печи |
|
|
32,0 |
|
|
с металлом . |
7,8 |
15,5 |
60,0 |
97,0 |
П р и м е ч а н и е . Для печей всех типов: рабочая температура 1200-1400°С; расход электроэнергии при плавке латуней и бронз 200—300 к В т’ч/т, при плавке медноникелевых сплавов 320—400 кВт -ч/т.
Конструктивно печи И Ж состоят и^ футерованной ванны в кожухе и одной или нескольких индукционных единиц (рис. 8).
Печи И Ж -1, ИЛК-1,6 и ИЛК-2,5 имеют вертикальную шахту, заклю ченную в сборный каркас. У печи ИЖ -1 одна однофазная индукционная единица с двумя параллельными кольцевыми каналами. Печи И Ж -1,6 и ИЖ -2,5 имеют по одной трехфазной единице с двумя параллельными кольцевыми каналами на каждую фазу. Прямоугольное сечение коль цевых каналов для печей указанных типов составляет 22X90 мм. Индук торы всех печей типа И Ж выполнены из полой медной трубки, витки индуктора тщательно изолированы. Тепло, выделяемое в каналах печи, передается всей ванне. Допустимая удельная мощность, выделяемая в каналах, для меди 40—50 кВт/дм3, для латуней и бронз 50—60 кВт/дм3.
Печи ИЛК-6 и ИЛК-16 имеют горизонтальную плавильную шахту ба рабанного типа и снабжаются отъемными индукционными единицами, которые можно заменять без остановки печи (рис. 9). Эти печи состоят из кожухов с ободами и футерованных ванн, четырех индукционных (печь ИЛК-6) и шести индукционных (печь ИЛК-16) единиц, опор с кат ками, механизма поворота печей, централизованной вентиляционной сис темы индукционных единиц.
Кожух печей —сварной, верхняя часть его и торцовые стенки — съем ные. Каждая индукционная единица состоит из сварного кожуха с набив-
Рис. 8. Принципиальное устройство ин |
Рис. |
9. Плавильная |
индукционная |
|||
дукционной канальной печи со стальным |
печь с отъемными единицами: |
|||||
сердечником: |
3 - |
1 - |
футеровка; |
2 - |
летка для вы |
|
1 - ванна; 2 - шамотная кладка; |
пуска металла; |
3 - |
канал печи; |
|||
тепловая |
изоляция; 4 — подовый |
ка |
4 - |
отъемная |
индукционная еди |
|
мень; 5 |
— кольцевой нагревательный |
ница; 5 - шахта печи |
|
|||
канал; 6 - ярмо; 7 - сердечник; |
8 - |
|
|
|
|
|
индукционная катушка |
|
|
|
|
|
кой, двух водоохлаждаемых индукторов и магнитопровода стержневого типа со съемным ярмом. Механизм поворота обеспечивает поворот печи на угол 60 град по ходу часовой стрелки И на 50 град против хода часо вой стрелки, если смотреть со стороны сливной летки. Наклон печи огра ничивается установкой конечных выключателей. Вентиляционная систе ма состоит из двух вентиляторов (типа ВД-12) и воздуховодов. Индук торы изготавливаются из медной трубки размером 12X16X2 мм, изоля цией витков спирали индуктора служат асбодента ЛАЭ или асбопроклад ки, смоченные в жидком стекле. МагнитопРОвод набирается из пластин стали марок Э41 или Э42 толщиной 0,35 мМ, Изолированных друг от дру га электроизоляционным лаком и скрепленных шпильками.
При плавке сплавов на медной основе в индукционных печах, имею щих каналы с постоянным сечением ветвей э Металл значительно перегре-
26
вается в нижней части канала. Это ведет к снижению срока службы футе ровки и ухудшает качество металла. Опробование канала переменного сечения, сужающегося в вертикальной плоскости, показало, что перегрев металла между каналом и ванной электропечи уменьшается в два раза, сокращается также продолжительность плавки латуней, бронз, меднони келевых сплавов и улучшается качество слитков.
2. ЛИТЕЙНЫЕ МИКСЕРЫ И МАШИНЫ
Миксеры
Для повышения производительности плавильных печей предусмотрена их работа совместно с миксером, куда переливают готовый металл. Не посредственно из миксера слитки отливают, а в печи в этот период пла вят новую навеску шихты. Миксер представляет собой индукционную канальную печь барабанного типа с диаметром и длиной ванны 1000 и 2600 мм соответственно (ИЛКМ-6). Он состоит из разъемного кожуха цилиндрической формы с ободами и футерованной ванной, одной отъем ной индукционной единицы, раздаточной коробки со стопорным устрой ством, механизма поворота, вентиляционной системы индукционной еди ницы.
Характеристика узлов миксера такая же, как и печей ИЛК-6 и ИЛК-16 (см. с. 25). Поворот миксера для полного слива металла осуще ствляется на 65 град.
Технические показатели раздаточных индукционных миксеров сле дующие:
Тип миксера |
ИЛКМ-2,5 |
ИЛКМ-6 |
Емкость, т: |
2,5 |
6,0 |
полезная. |
||
канальной части . |
2,0 |
4,3 |
полная. |
4,5 |
10,3 |
Потребляемая мощность, кВт . |
144-250 |
220-500 |
Мощность, потребляемая на обогрев раздаточной |
|
17,4 |
коробки, кВт. |
- |
|
Число индукционных единиц. |
1 |
1 (2) |
Число ф аз. |
1 |
2 |
Коэффициент мощности: |
|
0,7 |
до компенсации . |
0,45-0,7 |
|
после компенсации . |
0,98 |
0,98 |
Температура нагрева, °С . . |
1100-1360 |
1100-1200 |
Расход электроэнергии, кВт • ч/т . |
22-26 |
19-30 |
Расход воды на охлаждение индукторов, мэ/ч |
0,16-0,25 |
0,4—0,5 |
Масса, т: |
17,0 |
16,6 |
металлических конструкций |
||
общая (миксера с металлом) . |
30,0 |
35,0 |
Машины
Полунепрерывное итнепрерывное литье ведут на машинах различных конструкций, основное различие которых заключается в механизме, приводящем слиток в движение. Как показала практика, при литье слитков меди и ее сплавов используются преимущественно одно- и двух
винтовые машины. При литье малотоннажных сплавов в один кристал лизатор применяются одновинтовые машины, состоящие из кристалли затора, подвижной траверсы, направляющих, вертикального винта и при
вода. Поддон-затравка устанавливается на подвижной траверсе; к по следней снизу крепится тянущий винт. Вертикальное движение слитка в приямок обеспечивается за счет двух направляющих, с которыми тра верса соединена подшипниками скольжения. Максимальная длина слит ков, отливаемых на указанной машине, 2 м; диаметр до 300 мм (плос кие размером 200X600 м м ). Диапазон скоростей вытягивания состав ляет 2 - 2 0 м/ч.
Двухвинтовые литейные машины работают более устойчиво и позво ляют отливать одновременно с постоянной скоростью несколько слит ков длиной 5,0—5,5 м. Машина устанавливается в приямке. Кристаллиза тор помещается в откатной рабочей тележке на уровне пола. В конструк ции тележки предусмотрена возможность применять смазку для крис таллизатора и использовать защитную атмосферу. Машина оборудована приборами для контроля параметров литья.
Техническая характеристика литейной двухвинтовой машины конст рукции Иркутского завода тяжелого машиностроения (ИЗТМ) сле дующая:
Максимальная масса слитков, т |
11,0 |
Максимальная длина слитков, м . |
5,5 |
Диапазон размеров слитков, мм: |
150Х (60СН-200) Х1300 |
прямоугольных |
|
круглых. |
150-f400 |
Число одновременно отпиваемых слитков: |
1 |
прямоугольных |
|
цилиндрических диаметром, мм: |
3 |
< 200 |
|
300 |
2 |
400 |
1 |
Скорость литья, м/ч. |
5-25 |
Скорость подъема поддона, м/з •• |
108 |
Расход воды на охлаждение, м7ч |
90 |
3. ЛИТЕЙНЫЕ УСТАНОВКИ
Установки типа ИЛКА-6 и ИЛКА-16
Непрерывность технологического цикла является, как известно, одним из наиболее прогрессивных технических направлений при прои зводстве слитков цветных металлов и сплавов. В настоящее время в промышленности внедрены целые комплексные плавильные установ ки, работающие по схеме: индукционная канальная печь - индукцион ный миксер —литейная машина.
В большинстве случаев миксер компонуется с одной или двумя пла вильными печами и одной литейной машиной. Существуют также ком поновки с миксером, перемещающимся от одной литейной машины к другой.
Впечах ИЛК-1 и ИЛК-1,6 металл сливается в миксер через сливной носок при помощи гидравлического механизма наклона, а в печах ИЛК-2,5, ИЛК-6 и ИЛК-16 — через желоб, расположенный на торцовой стенке печи при повороте последней механизмом вращения.
Литейная установка ИЛКА-6 состоит из печи ИЛК-6, миксера ИЛКМ-6
илитейной машины конструкции ИЗТМ (рис. 10). Эксплуатация комп лекса осуществляется по следующей схеме.
Впечи расплавляется шихта, после чего расплав периодически перели вается в миксер. В процессе литья из миксера жидкий металл сливается
через кристаллизатор, в котором происходит формирование слитка, а затем снова последовательно миксер заполняется жидким металлом. Такой прерывистый режим работы имеет ряд недостатков (низкая стой-
Рис. 10. Схема литейной установки ИЛКА-6:
1 - площадка для обслуживания пе чи; 2 - плавильная печь ИЛК-6; 3 - тележка с кристаллизатором; 4 - миксер ИЛКМ-6; 5 - переливной же лоб; 6 - загрузочное окно; 7 — за грузочная тележка; 8 - площадка для съема шлака
кость футеровки, увеличенные потери металла, трудность автоматизации технологических операций и д р .).
Более прогрессивной является установка типа ИЛКА-16, в состав ко торой входят печь ИЛК-16, миксер ИЛКМ-6 и вертикальная литейная двухручьевая машина (рис. 11). По сути дела это автоматизированная линия для непрерывной отливки бескислородных медных слитковвайербарсов размером 90X90X1400 мм.
Все технологические операции по производству вайербарсов от загруз ки медных катодов в индукционную печь до выдачи слитков в штабелях на склад готовой продукции полностью механизированы. Система авто матизации, охватывающая все технологическое и вспомогательное обо рудование, сводит работу обслуживающего персонала к наблюдению за показаниями соответствующих приборов.
Загрузку печи медными катодами осуществляют сверху при помощи загрузочной машины. При падении в печь катодный лист отжимает за слонку, которая затем возвращается в первоначальное положение, отсе кая рабочее пространство печи от окружающей атмосферы.
Расплав в миксер переливается по электрообогреваемому металлопроводу, заключенному в цилиндрическую вакуум-камеру, которая имеет патрубки подачи и слива металла. Вакуум-камера смонтирована над желобами и миксером. При таком ее расположении можно прово-
J
Рис. 11. Литейная установка ИЛКА-16:
1 - плавильная печь ИЛК-16; 2 - переливной желоб; 3 - миксер ИЛКМ-6; 4 - мо ноблочный кристаллизатор; 5 - камера душирования; 6 —тянущие ролики ; 7 - гидравлические тиски; 8 — летучая1пила; 9 - стационарная пила; 10 - кантова тель; 11 - штабелеукладчик
дить непрерывное литье вакуумированного и невакуумированного ме талла без перемонтажа установки.
Высокие степень и интенсивность удаления газов в металле достигают ся не только применением указанного устройства, но и вакуумирова нием расплава при малой высоте слоя металла, протекающего в вакууме по спиральному металлопроводу.
Металл из миксера через разливочную коробку подается в два крис таллизатора двухручьевой машины. На установке создано специальное устройство, которое позволяет добиться постоянных давления и соста ва защитной атмосферы в полости над кристаллизатором. Это дает воз можность получить слитки высокого качества и сократить расход защит ного газа.
Литниковая система включает стопорное устройство, литейную втул ку и литниковую трубку. Все трй элемента выполнены из графита.
Литейная машина состоит из блока кристаллизаторов, системы вто ричного охлаждения, механизмов тянущего устройства, летучих пил, кантователей и горизонтальных рольгангов. Каждый кристаллизатор снабжен механизмами, сообщающими им возвратно-поступательное движение в вертикальной плоскости. Вниз кристаллизатор движется