Металлопрокат
Металлоконструкции
Обработка металла
В промышленности применяются тигли двух родов: тигли огнеупорные, изготовленные из минеральных огнеупорных материалов, и тигли металлические. Тигли того и другого вида применяются в зависимости от назначения и не всегда одни могут быть заменены другими.
К тиглям предъявляются следующие требования:
1. Тигель должен обладать достаточной огнеупорностью, т. е. материал, из которого он сделан, должен иметь температуру плавления более высокую, чем температура нагрева данного сплава во время плавки. Кроме того, материал тигля не должен при температурах плавки размягчаться.
2. Тигель должен обладать достаточной механической прочностью как при нормальных температурах, так и при температурах плавки.
3. Материал тигля не должен вступать в химические реакции со сплавом и его отдельными компонентами, а также со шлаком. Например, материал, главной составной частью которого является кремнезем, непригоден для плавки алюминия и его сплавов, так как в этом случае будет иметь место разъедание тигля вследствие реакции:
4. Материал тигля не должен растворяться в сплаве и по возможности мало — в шлаке. Если, например, попытаться плавить медь в железном тигле, произойдет растворение железа в металле, и тигель разрушится.
5. Материал тигля должен обладать достаточной жароупорностью, т. е. как можно меньше поддаваться воздействию атмосферы рабочего пространства печи, главным образом окислению при высоких температурах.
6. Материал тигля должен обладать по возможности большой теплопроводностью, так как прогрев шихтовых материалов и расплавленного сплава происходит через стенки тигля. Малая теплопроводность обусловливает медленный нагрев и, следовательно, повышенный расход топлива или энергии, а также снижение производительности.
К огнеупорным тиглям, обладающим сравнительно малой прочностью, приходится предъявлять дополнительные требования, а именно:
7. Материал огнеупорного тигля должен обладать малым коэффициентом термического расширения. Если это требование не соблюдено, то при быстрой перемене температуры (например, при загрузке холодного металла в разогретый тигель или при быстром нагреве холодного тигля) тигель будет растрескиваться. Обычно в этих случаях отскакивают черепки слоями, почти аксиальными прогреваемой поверхности.
8. Тигель не должен содержать влаги, так как последняя при переходе в парообразное состояние будет разрушать его. Растрескивание будет и в том случае, если тигель недостаточно хорошо просушен и прокален при изготовлении, а также если он отсырел при хранении или перевозке.
К графитовым тиглям, которые содержат 20—60% графита (остальное шамот), предъявляются еще дополнительные требования.
9. Графит в тигле не должен быстро выгорать, так как после его сгорания остается мало прочная, сравнительно пористая масса. Скорость выгорания графита зависит от его качества, формы зерна, подготовки материала и от качества связующей составной части.
10. Масса тигля, остающаяся после выгорания графита, должна обладать коэффициентом термического расширения, близким к коэффициенту расширения массы, из которой графит не выгорел. В противном случае слои, из которых выгорел графит, будут отскакивать, и тигель быстро придет в негодность.
Тигли отечественного изготовления различаются по емкости, которая отмечена вверху на наружной поверхности числом в условных единицах («марках»).
За условную единицу емкости тиглей принимается объем, который занимает 1 кг расплавленной меди. Если, например, ка тигле стоит число 150, это значит, что в нем можно плавить 150 кг меди. Обычно во избежание расплескивания металла из тигля, а также чтобы оставить место для покровного слоя (уголь, флюс), их берут такого объема, чтобы уровень расплавленного металла не доходил до краев.
Так, например, в тигле 150 марок чаще плавят 120—130 кг меди. Огнеупорные тигли изготовляют разнообразной формы (рис. 7).
Наиболее распространенными в производстве являются тигли графитовые (точнее, шамото-графитовые).
Тигли шамотовые, алундовые, корундовые и (магнезитовые часто применяются в лабораторной практике. В отдельных случаях пользуются тиглями цирконовыми, в состав которых входит ZrO2, кварцевыми (SiO2) и фарфоровыми.
С развитием электроплавки в печах высокой частоты (без железного сердечника) приобрели значение тигли набивные, а также спекающиеся. И те и другие производятся па месте плавки по металлическим моделям, которые в первом случае после изготовления изымаются из тигля, а во втором — остаются и вначале служат нагревателями для прокаливания тигля, а затем растворяются в расплавленном сплаве.
При производстве легкоплавких сплавов, в том числе алюминиевых и магниевых, применяются металлические тигли. Плавка оловянных, цинковых, свинцовых и магниевых сплавов ведется в железных или стальных тиглях — литых или сваренных из листов. Для плавки магниевых сплавов часто применяются железные тигли, снаружи алитированные.
Алюминиевые сплавы плавятся в чугунных, а иногда в нихромовых или хромалевых тиглях. И в том и в другом случае внутренняя поверхность тигля должна быть покрыта слоем предохранительной краски во избежание растворения металла тигля в сплаве. В случае плавки магниевых сплавов в атмосфере водорода употребляются металлические тигли, плотно закрываемые крышкой, через которую по трубке продувается водород.
Металлические тигли имеют ряд преимуществ перед огнеупорными керамическими в тех случаях, когда они предназначены для сравнительно легкоплавких, не вступающих с ними во взаимодействие сплавов. Преимущества металлических тиглей следующие; 1) большая механическая прочность, что позволяет делать их значительных размеров со сравнительно малой толщиной стенки; 2) большая теплопроводность, позволяющая вести плавку быстро, а потому более экономично и получать металл более высокого качества; 3) большой срок службы.