|
Одним из основных этапов литейного производства, который во многом определяет качество готовой продукции, является плавка металлов и сплавов.
Особенности этого процесса получили отражение в терминологии, которую мы рассмотрим ниже.
Плавка – это комплекс тепловых и физико-химических процессов, происходящих в плавильной печи (рисунок 1) в ходе получения металла требуемого качества и с определенными свойствами.
Рисунок 1 – Плавильная печь для плавки алюминия
Следует различать понятия «первичная плавка» и «вторичная плавка». К первичным плавкам относят процессы выплавки металлического продукта из перворудного сырья. В большинстве случаев это обогащенные руды, которые подготовлены специальным образом к процессу с целью повышения его эффективности. К примеру, в процессе получения чугуна железная руда используется в виде спеченного концентрата, называемого агломератом или окатышами.
Как правило, расплавы, получаемые при первичной плавке, не удовлетворяют требованиям литейного производства и проходят дальнейшую обработку.
Причиной этому является массовость металлургического производства, одной из основных задач которого является удешевление конечного продукта. Однако иногда использование первичных сплавов весьма рационально. Так, чугун, получаемый в доменной печи, используют при получении различных фасонных отливок (прибыльных надставок, изложниц, шлаковых чаш и т.п.).
Во вторичной плавке литейным сплавам придают особые свойства, которые либо повышают функциональные характеристики готового изделия, либо облегчают технологический процесс литья. Поэтому в качестве исходного сырья (шихты) в этом случае применяют первичные металлы, выплавленные непосредственно из руд и вторичные металлы. Поскольку чистые металлы редко применяются для получения отливок, термин «металлы» употребляется в литейном производстве для условного краткого обозначения литейных сплавов или жидких расплавов.
Вторичными шихтовыми металлами называют либо металлический лом либо слитки или чушки вторичных сплавов (рисунок 2), полученные на специализированных заводах методами переплава отходов и лома.
Рисунок 2 – Чушки алюминия
Сам процесс плавки металлов, как правило, многостадийный и, в зависимости от особенностей химического состава конкретного продукта, а также от технологических и конструкционных параметров плавильной печи, может иметь до десяти различных стадий. В этом случае рассмотрим первичные термины, которые являются общими для большинства плавильных процессов.
Шихта – это сырьевые материалы, которые загружаются в плавильную печь и обеспечивают базовый химический состав и свойства литейного сплава. При этом соотношение компонентов шихты предварительно рассчитывается в зависимости от их химического состава и химического состава получаемого сплава.
Газовая фаза печи – это окружающая атмосфера в плавильном агрегате, состав которой, как правило, изменяется в ходе плавки из-за выделения газообразных продуктов реакций в металле или при сжигании топлива. Как правило, плавку проводят при естественной воздушной атмосфере. Однако в этом случае из газовой фазы в металл переходят некоторые вредные примеси (водород, азот, кислород). Поэтому иногда создают специальную защитную атмосферу из инертных или других газов или проводят плавку в вакууме.
Шлак – это расплавленная смесь оксидов и других сложных соединений, которые либо образуются в процессе плавки, либо специально подаются на поверхность металла для выполнения защитных или рафинирующих функций. Как правило, шлак легче металла, поэтому находится на поверхности зеркала.
Естественно, что все экзогенные включения из расплава всплывают и ассимилируются шлаком (неметаллические включения, части футеровки и т.п.). Состав и свойства шлака оказывает решающее влияние на качество литейного сплава, поскольку очень часто его специально наводят для того, чтобы поглощать из металла вредные примеси. Так, добавки извести позволяют рафинировать сталь от серы и фосфора, поэтому ее специально присаживают на поверхность расплава и принудительно перемешивают с полупродуктом путем продувки аргоном.
Также попутно шлак защищает металл от тепловых потерь, от проникновения вредных газов из атмосферы, от вторичного окисления элементов сплава при транспортировке и литье.
В случае, если шлаку нужно придать особые свойства, в него вводят специальные добавки – флюсы. Так, при плавке стали для обеспечения лучшего растворения извести, в шлак вводят незначительные добавки плавикового шпата (флюорита), который является хорошим разжижителем.
Футеровка – это слой огнеупорного материала, которым выкладывают или заливают внутреннее пространство первичной печи. Как правило, это штучные огнеупоры – кирпичи, изготавливаемые из различных глин и смесей и выдерживающие высокую температуру (рисунок 3). Однако иногда используется наливная футеровка из специальных тиксотропных бетонов, которая застывает в шаблоне. Существует масса разновидностей огнеупорных материалов, которые отличаются как химическим составом, так и свойствами. Однако все огнеупоры принято делить на кислые, основные и нейтральные.
Рисунок 3 – Огнеупорный шамотный кирпич
Основные огнеупоры изготавливаются на основе основных оксидов CaO, MgO. Они являются наиболее дорогими и используются в том случае, если шлаки, используемые в плавильных процессах, также содержат в значительных количествах CaO и MgO. Это позволяет увеличить срок службы футеровки и обеспечивает проведение необходимых рафинировочных процессов.
Кислые огнеупоры изготавливаются на основе SiO2 (кварцевые, динасовые) и используются, если в процессе преобладают кислые шлаки. Также довольно часто кремнезем используется в сочетании с глиноземом (Al2O3) и тогда огнеупоры принято называть полукислыми.
Нейтральные огнеупоры могут использоваться, как в кислых, так и в основных процессах. Однако их универсальность нивелируется низкой стойкостью и высокой стоимостью, поэтому такие огнеупоры применяются значительно реже.
|
