Металлопрокат
Металлоконструкции
Обработка металла
1. Отливка слитков, идущих в дальнейшую переработку путем переплавки или электролиза. Сравнительно неответственные слитки, для которых небольшие поверхностные, а иногда и внутренние дефекты не имеют значения, отливаются преимущественно в горизонтальные открытые изложницы. К категории таких слитков относятся различных размеров и формы отлитые из различных металлов и сплавов «чушки», «штыки», «заготовки» и прочие слитки, которые дальнейшей пластической обработке не подвергаются, а идут для приготовления сплавов или для переплавки на отливки из того же сплава. К этой же группе относятся аноды, которые в дальнейшем идут для переработки электролитическим способом.
Изложницы, применяемые для отливки таких слитков, — сплошные металлические (рис. 97, а), обычно чугунные.
Изложницы для отливки слитков, идущих в переплавку, делаются с выступами, образующими перехваты, облегчающие разламывание чушки при навешивании шихты. Изложницы для отливки хрупких промежуточных сплавов, которые при плавке вводятся в сплав в малых количествах, имеют перемычки в виде решетки (рис. 97, б), вследствие чего слитки можно разламывать на мелкие дольки примерно одинакового веса.
Изложницы для анодных слитков имеют углубления для закладки полос, служащих ушками (рис. 97,в) или для отливки вместе со слитком плеч (и то и другое служит для подвешивания анодов в ванне при электролизе).
Хотя отливка анодов в горизонтальные изложницы еще довольно часто применяется в практике, этот способ надо признать неудачным, так как получающаяся при нем неравномерность по толщине и шероховатость слитка может повлечь за собой целый ряд нежелательных явлений при электролизе в виде неравномерности растворения анода, возможности короткого замыкания и др.
2. Отливка вайрбарсов в горизонтальные открытые изложницы. Вайрбарсами называются слитки, которые применяются для изготовления проволоки путем прокатки в нагретом состоянии и дальнейшей протяжки в холодном виде.
Медные вайрбарсы обычно отливаются в подогретые медные горизонтальные открытые изложницы (рис. 98), внутренняя поверхность которых покрывается сухой смазкой или закапчивается. Литье производится из разливочного ковша или непосредственно из печи по желобу. При массовом производстве часто одновременно отливается по 10—12 слитков.
Вследствие окисления во время затвердевания и дальнейшего охлаждения слитки имеют складчатую верхнюю поверхность. В заводской практике такую складчатую поверхность открытого медного слитка называют «рожей».
При нагреве слитков в окислительной атмосфере поверхностные слои, в том числе и рожа, переходят в окалину, которая при прокатке, сопровождающейся большими обжатиями, отскакивает, не оказывая вредного влияния на получаемую заготовку и проволоку.
3. Отливка слитков мельхиора, латуни, алюминиевой бронзы и других сплавов в сплошные открытые горизонтальные изложницы. Литье слитков из различных сплавов в виде плит за последнее время начало подучать значительное распространение.
Слитки до 300 кг весом отливаются в чугунные изложницы без смазки или со смазкой, которая наносится на горячую изложницу, при этом летучие продукты смазки перегоняются, и на поверхности изложницы остается сравнительно тонкий слой сажи или другого коксообразного остатка. Уклон внутренних стенок изложницы дается таким, чтобы слитки могли быть изъяты при опрокидывании изложницы (рис. 99).
В целях замедления охлаждения верхней поверхности слитков, желательного для обеспечения выхода из металла газов и всплывания более легких неметаллических включений, часто поверхность залитого в изложницу еще жидкого сплава тут же засыпают измельченным горячим древесным углем.
В некоторых случаях эта операция производится для предохранения сплава от окисления.
При желании обеспечить еще большее замедление охлаждения иногда применяют покрытие изложницы тотчас же после заливки теплоизоляционной крышкой или даже крышкой сильно нагретой с помощью укрепленного на ее нижней стороне электрического нагревателя.
Следует иметь в виду, что поверхность слитков, кристаллизующихся под покровом угля, получается довольно, шероховатой, что вызывает необходимость дальнейшей обточки или шабровки.
Иногда для отливки плит из упомянутых здесь сплавов пользуются горизонтальными изложницами, у которых охлаждается водой поддон, при этом боковые стенки изложницы оставляются без водяного охлаждения. Применение таких изложниц не исключает также способов одновременного замедления охлаждения поверхности древесноугольным покровом или теплоизоляционными, а также нагретыми крышками. Все эти мероприятия способствуют созданию направленного охлаждения снизу вверх, что помогает лучшему удалению газов и неметаллических включений, а также питанию слитка за счет верхних слоев металла.
4. Отливка слитков меди в горизонтальные изложницы. Медные слитки весом до 4 т отливаются обычно в открытые горизонтальные изложницы. Иногда для этой цели применяют неразъемные изложницы, сделанные из чугуна или меди. В этом случае уклон боковых стенок внутренней поверхности должен обеспечивать выемку слитка вверх или его выбрасывание при опрокидывании изложницы.
Чаще отливка таких слитков производится в разъемные изложницы, представляющие медный поддон, имеющий форму плиты, на который ставится сплошная (рис. 100, а) или составная из четырех пластин (рис. 100, б) рамка. Сплошная рамка имеет такой уклон стенок, который позволяет легко снимать ее с затвердевшего слитка. Разъемная рамка имеет стенки без уклона.
Обычно поддон ничем не смазывается, а внутреннюю поверхность стенок рамы иногда смазывают суспензией (вода и какой-либо мелкий, достаточно огнеупорный порошок; в качестве порошка для смазки употребляют; мел, тальк, окись цинка, известь, костяную муку, сажу и т. п.). Щели между рамой и поддоном снаружи замазывают влажной глиной. Перед литьем изложницу просушивают.
В настоящее время получил широкое распространение метод литья медных слитков в горизонтальные изложницы, охлаждаемые водой. Обычно водой охлаждается только медная плита, служащая поддоном. К этой плите снизу укрепляется кессон, через который пропускается ток воды. Труба, отводящая воду из кессона, располагается вблизи охлаждающей слиток медной плиты (рис. 101, а, б, в) для того, чтобы в первую очередь могли быть удалены от плиты поддона газы, выделяющиеся из раствора в воде, а также свободно удалялся водяной пар, который может образоваться при разогреве плиты залитым на нее металлом и вызвать замедление охлаждения слитка.
Для обеспечения наилучшей последовательности протекания воды иногда полость кессона делится на отдельные отсеки. В других случаях для ускорения охлаждения вода с помощью направляющих (рис. 101, б) или специальных патрубков (рис. 101, в) с большой скоростью подается на нижнюю поверхность охлаждающей плиты.
При пользовании охлаждаемыми водой изложницами приходится обращать особое внимание на необходимость непрерывной подачи воды в кессон изложницы в достаточном количестве.
При прекращении подачи воды пли недостаточной скорости ее протекания может проплавиться охлаждающий лист, расплавленный мeтaлл может попасть в кессон с водой, что вызовет бурное парообразование в нем; возможно также частичное разложение воды и образование гремучей смеси, что повлечет за собой взрыв.
Во избежание несчастных случаев следует применять надежную сигнализацию, извещающую не только о прекращении подачи воды в изложницу, но и о снижении скорости ее протекания ниже заранее установленного предела.
Чтобы избежать внезапного прекращения подачи воды, изложницы снабжаются специальным водяным насосом, нагнетающим воду из циркуляционного бака, куда, в свою очередь, поступает вода из изложниц. Такое устройство обеспечивает, кроме того, возможность подачи к изложницам воды, подогретой до 30—50°, что предотвращает конденсацию влаги из воздуха, которая вызывает расплескивание металла и образование дефектов слитков.
Литье в горизонтальные изложницы производится различными способами.
В одном случае весь металл заливается из одного ковша. При этом температура металла (меди) должна быть сравнительно невысокой (порядка 1110—1140°, иначе возможно приваривание слитка к поддону).
В другом случае металл заливается из двух ковшей последовательно: сначала из ковша, в котором металл также охлажден до температуры 1110—1140°, остальная же часть металла заливается при температуре, более высокой, а именно 1160—1180°.
Наконец, в третьем случае первая порция металла заливается также охлажденной до 1110—1140° из ковша, а заканчивается литье или непосредственно из печи, или из печи посредством черпака. В обоих случаях последующие порции металла поступают в изложницу, имея температуру 1180—1200°.
При литье по первому способу весь металл охлаждается до более низких температур, поэтому он содержит газа меньше, чем металл более горячий, но для выхода остатков газа при кристаллизации слитка создаются менее благоприятные условия. Па холодном металле быстро со всех сторон (в том числе и сверху) образуются корки затвердевшего металла, и имеющийся в металле газ, выделяющийся в конце кристаллизации, останется в слитке в виде пузырей.
При литье по второму способу (и в особенности по третьему) последующие порции более горячего металла вводят в слиток и большее количество газа. Условия же выхода газа при кристаллизации, наоборот, облегчаются, так как верхняя поверхность дольше сохраняется в расплавленном состоянии. Большая направленность кристаллизации снизу вверх наблюдается и в случае охлаждения слитка на воздухе без тепловой изоляции верхней поверхности и в еще большей степени при применении изоляционных или нагретых до высокой температуры крышек.
5. Отливка слитков латуни в горизонтальные изложницы. Отливка слитков латуни, в том числе слитков большого веса (до 3—4 т) может производиться таким же способом, как и слитков меди. Отличие может заключаться лишь в том, что латуни не может повредить слегка восстановительная атмосфера у поверхности слитка, что совершенно недопустимо для меди. По этой причине может быть допущено покрытие латунных слитков после заливки металла в изложницу — горячим углем.
Применяемый иногда метод литья слитков латуни при высокой температуре с нанесением смазки на поддон нельзя считать удовлетворительным, так как в слитке образуются дефекты вследствие выделения газа из смазки и уменьшения направленности охлаждения из-за теплоизоляции поддона смазкой.
6. Отливка слитков цинка в горизонтальные открытые неразъемные изложницы. Плиты цинка для прокатки довольно часто, а чушки, идущие в переплавку, как правило, отливаются в открытые горизонтальные неразъемные изложницы, по форме похожие на изложницы для литья анодов, но без выемок для ушков или плеч.
При разливке цинка пользуются ковшами различных конструкций.
Смазка для изложниц не применяется. Во избежание получения крупнокристаллической столбчатой структуры плиты для прокатки отливаются при возможно низкой температуре. При этом в расплавленном металле уже в ковше образуются твердые кристаллы, которые вместе с жидким металлом заливаются в изложницу. Даже при литье в таких условиях слитки не всегда свободны от местных пороков в виде усадочных раковин или мелких межкристаллических «утяжин».
Предпочтительнее поэтому отливку плит цинка производить в вертикальные изложницы, в которых усадочная раковина может быть долита.