Металлопрокат
Металлоконструкции
Обработка металла
Печи с металлическими нагревателями нашли широкое применение при плавке алюминия и его сплавов. Малое отличие удельного веса окиси алюминия от удельного веса металла, необходимость от деления стальных деталей от алюминия при переплавке лома и в некоторых случаях необходимость рафинирования первичного алюминия без применения хлора заставили производить плавку алюминия в таких исчах, в которых расплавленный металл отделен от расплавляемого.
Рассматриваемые печи обычно состоят из двух (печи САН рис. 19,а) или одной (печи CAK рис. 19, б) камер предварительного нагрева с наклонными подами и одного металлосборника.
При приготовлении сплавов из чистых исходных металлов наклонные поды и камеры предварительного нагрева могут отсутствовать. При необходимости отделения жидкого металла от загрязнении окислами или от посторонних деталей из тугоплавких сплавов (при переплавке лома) плавка ведется на наклонных подах; при этом расплавленный металл стекает в металлосборник, а оставшиеся пленки окислов или стальные детали выгребаются через рабочие окна.
Отношение площади наклонных подов к площади металлосборников колеблется в печах разных конструкций от 1 до 5. В некоторых конструкциях, чтобы не занимать печами слишком больших площадей цеха, предлагалось двухъярусное расположение плавильного пространства и металлосборника (рис. 19, в). Однако неудобство очистки плавильного пространства от плен и остатков, малая доступность нагревателей не окунается уменьшением занятой площади цеха.
Нагреватели отражательных печей укладывают в своде, а иногда также и у боковых стенок печи. Нагреватели изготовляют или из проволоки в виде цилиндрических спиралей (рис. 20. а), или из лепты, изогнутой в виде зигзагообразной линии (рис. 20, б). Нагреватели укрепляют в своде с помощью фасонных кирпичей, которые образуют открытые со стороны рабочего пространства каналы.
Как и в случае тигельных печей, цилиндрические спирали нагреваются неравномерно. Наиболее высокая температура наблюдается в участках спирали, обращенных к футеровке свода. В местах перегрева нихром окисляется быстрее, становится тоньше, начинает перегреваться еще больше вследствие увеличения сопротивления и, наконец, плавится и перегорает, поэтому желательно применять нагреватели в виде ленты значительной ширины, круглокорытного профиля и малой кривизны в сечении (рис. 20,в). Такие нагреватели должны занимать большую часть площади свода. Это даст возможность наиболее экономично расходовать материал нагревателя, избегать перегрева отдельных его участков и обеспечивать наибольшую отдачу теплоты нагреваемому металлу, т. е. это создаст условия для ведения плавок с большой скоростью.
При неаккуратной работе во время перемешивания металла, сгребании поверхностной пленки окислов и при загрузке твердого металла может происходить разбрызгивание алюминия. В случае открытых нагревателей попадание па них брызг алюминия приводит к тому, что при дальнейшей работе прилипший алюминий диффундирует в сплав нагревателя, повышает его электрическое сопротивление, понижает температуру плавления и вызывает быстрое перегорание в этом месте спирали нагревателя. Во избежание попадания брызг алюминия на спирали, некоторые конструкции предусматривают устройство экранов (рис. 20, г), закрывающих нагреватели. Экраны изготовляют в виде пластинок, вставляющихся в пазы фасонных кирпичей, поддерживающих нагреватели; их делают или из жароупорных сплавов или из минеральных огнеупорных материалов. Иногда с той же целью каналы для размещения нагревателей В своде делают внутри кирпичей (рис. 20, д). Это предохраняет сплав нагревателя от брызг алюминия, но понижает тепловой коэффициент полезного действия. Такая конструкция свода дает возможность обрабатывать расплавленный металл в целях рафинирования летучими хлоридами.
Известны печи сопротивления с металлическими нагревателями, в которых осуществлена искусственная циркуляция нагретого воздуха. Эта конструкция позволяет быстрее нагревать металл, повысить коэффициент полезного действия печи и удлинить срок службы нагревателей. Некоторая сложность конструкции и потребность в жароупорных материалах для вентиляторов задерживает широкое применение циркуляционных печей для плавки алюминия и его сплавов.
В качестве нагревателей для печей этого типа применяются проволока и лента тех же жароупорных сплавов, которые были рассмотрены при описании тигельных и котловых печей.
Алюминий и алюминиевые сплавы в отражательных электрических печах нагреваются до температур в пределах 700—750° в зависимости от того, производится ли литье непосредственно в изложницы или через промежуточные ковши.
Температурный напор, в случае, если нагреватели из нихрома, достигает 200—250°. Включая нагреватели секциями, а также включая их при трехфазном токе на звезду или на треугольник, можно регулировать температуру достаточно точно. Как правило, эти печи снабжены автоматическими терморегуляторами.
Давление в печи при плавке сохраняется близким к нормальному атмосферному, если не считать небольшого изменения его вследствие разности удельных весов холодного и нагретого воздуха.
В циркуляционных печах давление может несколько меняться в зависимости от мощности вентиляторов, сопротивления в каналах и т. д.
Атмосфера в таких печах при плавке алюминия и его сплавов обычно воздушная, с несколько пониженным содержанием кислорода, который расходуется на окисление металла. При работе на загрязненных маслом отходах и ломе в атмосфере может присутствовать большее или меньшее количество углеводородов. При переплавке алюминия-сырца в атмосфере печи обнаруживаются окислы натрия, а также фтористые соли натрия и алюминия в виде паров или распыленных твердых частичек. Ни углеводороды, ни соли натрия в атмосфере печи нежелательны, так как они загрязняют сплав.
Наличие водяного пара в атмосфере воздуха может оказать влияние на качество сплава, поэтому всегда следует стремиться устранять возможность повышения влажности атмосферы печи, что может иметь место при непросушенной футеровке, загрузке влажных отходов и пр.
При непрерывном литье слитков из алюминиевых сплавов отражательные печи с металлическими нагревателями применяются в качестве разливочных или, как их не вполне правильно называют, «миксеров». Эти печи не имеют наклонных подов, так как в них заливается уже расплавленный металл. Ho той же причине мощность их значительно меньше мощности плавильных печей той же емкости. Разливочная печь снабжается чувствительным редуктором, при помощи которого она может наклоняться с переменной скоростью, что обеспечивает за один цикл отливки равномерное поступление металла в распределительную воронку изложницы, с помощью которой осуществляется непрерывное литье.
В последнее время получили распространение стационарные разливочные печи, из которых металл выливается по трубам.
Таким образом производится разливка легкоплавких металлов и сплавов па цинковой, оловянной, свинцовой и других основах, а также сплавов алюминиевых и магниевых.
Металл подается по трубам или с помощью специальной помпы, или перетекает под влиянием давления — воздушного или газового, или, наконец, под влиянием разности весов металла в коленах сифона.
Выливание с помощью помп применяется при разливке магниевых сплавов, а также цинковых, оловянных, свинцовых и др.
Выливание сифонным способом применяется также и для алюминиевых сплавов. Сифон делается из железной трубы, на внутреннюю поверхность которой иногда наносится слой огнеупорной краски для уменьшения растворения железа в сплаве. Сифон располагается таким образом, что уровень металла в печи оказывается выше нижнего отверстия выливного конца, подводящего металл к изложнице. В этом случае вес столба металла высотой, соответствующей разности уровней металла, заставляет перетекать его из печи по трубе в изложницу.
Первоначальное заполнение трубы металлом производится путем создания вакуума в полости изложницы или путем создания давления газа, например, азота или аргона в печи, которая в этом случае должна закрываться достаточно герметично.