Для плавки различных металлов

Печи для плавки меди и ее сплавов

Температура разливки меди , и чтобы перегрев металла не привел к существенному сокращению срока службы подового камня, удельная мощность в каналах не должна превышать .

Для латуни температура разливки составляет примерно , а удельная мощность в каналах не превышает . При большей удельной мощности возникает так называемая цинковая пульсация, состоящая в прерывании тока в каналах. Цинк, чья температура плавления меньше температуры плавления латуни, при плавке латуни вскипает в каналах. Его пары в виде пузырьков поднимаются к устьям каналов, где, соприкасаясь с более холодным металлом, конденсируются. Наличие пузырьков приводит к сужению сечения канала, а следовательно, к возрастанию плотности тока в нем и увеличению сил электродинамического обжатия металла в канале магнитным полем собственного тока. При удельной мощности, выше указанной, происходит интенсивное кипение цинка, рабочее сечение существенно сокращается, электродинамическое давление превосходит гидростатическое давление столба металла над каналом, вследствие чего металл оказывается пережатым, и ток прекращается. После разрыва тока электродинамические силы исчезают, пузырьки всплывают, после чего прохождение тока возобновляется, разрывы тока происходят 2 - 3 раза в секунду, нарушая нормальную работу печи.

При удельной мощности, меньше указанной, цинковая пульсация начинается при прогреве всей ванны до температуры порядка и служит сигналом о готовности латуни к разливке.

Для плавки меди и ее сплавов применяются шахтные, а при загрузке более 3 тонн – барабанные печи и миксеры. Коэффициент мощности при плавке меди составляет примерно 0,5; при плавке бронз и латуней – 0,7; при плавке медно-никелевых сплавов – 0,8.

Печи для плавки алюминия и его сплавов

Особенности канальных печей для плавки алюминия и его сплавов (рис. 2.10, 2.11) [4] связаны с легкой окисляемостью алюминия и другими свойствами металла и его окиси. Алюминий имеет температуру плавления , разливки около . Низкая плотность жидкого алюминия делает нежелательной интенсивную циркуляцию расплава, так как неметаллические включения, увлеченные на глубину ванны, всплывают очень медленно.

Рис. 2.10. Общий вид индукционной канальной электропечи ИА-0,5 для плавки алюминия и алюминиевых сплавов (полезная емкость печи 500 кг, остаточная емкость 250 кг, мощность печи 125 кВт):   1 – крышка с механизмом подъема; 2 – верхний кожух; 3 – нижний кожух; 4 – магнитопровод; 5 – установка вентилятора; 6 - плунжер; 7 – подшипники; 8 – водопровод; 9 – индуктор; 10 – футеровка

Расплавленный алюминий в печи покрывается пленкой твердой окиси, которая благодаря поверхностному натяжению алюминия удерживается на его поверхности, предохраняя металл от дальнейшего окисления. Однако, если сплошная пленка взломана, то осколки ее тонут и опускаются на дно ванны, попадая в каналы. Окись алюминия химически активна, и осколки пленки вследствие химического взаимодействия прикрепляются к стенкам каналов, уменьшая их сечение. В процессе работы каналы «зарастают» и их приходится периодически очищать.

а б

Рис. 2.11. Сменные индукционные единицы для плавки алюминия с прямоугольными каналами: а – с доступом к вертикальным и горизонтальным каналам; б - с доступом к вертикальным каналам

Эти свойства алюминия и его окиси вынуждают работать с низкой удельной мощностью в каналах. При этом перегрев металла в каналах уменьшается, а температура на поверхности поддерживается на минимальном уровне, что ослабляет окисление, скорость которого растет с повышением температуры.

При малой удельной мощности уменьшается циркуляция металла, что способствует сохранности окисной пленки и уменьшению количества неметаллических включений.

Обеспечить сохранность окисной пленки невозможно, так как она разрушается при загрузке шихты. В период расплавления взламывание пленки происходит главным образом вследствие циркуляции металла. Поэтому в печах для плавки алюминия принимают меры для её ослабления, особенно в верхней части ванны: уменьшают удельную мощность в каналах, часто применяют горизонтальное расположение каналов, а при вертикальном их расположении увеличивают глубину ванны, переход из канала в ванну выполняют под прямым углом, что увеличивает гидравлическое сопротивление устья канала. Горизонтальное расположение каналов имеет и то преимущество, что затруднено попадание осколков пленки в каналы, но не исключает его полностью, так как осколки могут увлекаться в каналы циркуляцией металла.

Каналы печей для плавки алюминия состоят из прямолинейных участков, что позволяет облегчить их очистку.

Зарастание канала сказывается на электрическом режиме тогда, когда его размер становится приблизительно равным глубине проникновения тока в металл, которая для расплавленного алюминия при частоте 50 Гц равна 3,5 см. Поэтому, чтобы очистку каналов проводить реже, принимают радиальный размер канала 6 – 10 см. Для горизонтального участка, очищать который особенно затруднительно, принимают радиальный размер канала этого участка примерно (1,3 – 1,5) . Вертикальные участки очищают примерно один раз в смену, горизонтальные – один раз в сутки.

Наряду с применением печей других конструктивных типов применяют двухкамерные печи. Она может быть однофазной с двумя каналами, соединяющими ванны, или трехфазной с четырьмя каналами. В стенках ванн по осям каналов делают отверстия для чистки каналов, закрываемые глиняными пробками. Чистка производится после слива металла.

Коэффициент мощности из-за большого сечения каналов низок, он составляет 0,3 – 0,4.

Печи для плавки цинка

В канальных печах переплавляется катодный цинк высокой чистоты, не требующий рафинирования. Расплавленный цинк, обладая высокой жидкотекучестью, вступает в соединение с футеровочными материалами. Поскольку процесс пропитывания футеровки цинком ускоряется с увеличением гидростатического давления металла, печи для плавки цинка имеют прямоугольную ванну небольшой глубины и индукционные единицы с горизонтальными каналами (рис. 2.12) [4]..

Рис. 2.12. Индукционная канальная печь типа ИЦ-40 емкостью 40 т для плавки цинка:   1 - плавильная камера; 2 – раздаточная камера; 3 – индукционная единица; 4 – загрузочный рольганг

Ванна разделяется на плавильную и разливочную камеры внутренней перегородкой, в нижней части которой имеется окно. Чистый металл перетекает через окно в разливочную камеру, примеси и загрязнения, находящиеся у поверхности, остаются в плавильной камере. Печи оборудуются загрузочными и разливочными устройствами и работают в непрерывном режиме: катодный цинк загружается в плавильную камеру через проем в своде, а переплавленный металл разливается в изложницы. Разливка может осуществляться вычерпыванием металла ковшом, выпуском его через клапан или выкачиванием насосом. Загрузочное и разгрузочное устройства имеют конструкцию, предотвращающую попадание паров цинка в цех, и снабжаются мощной вытяжной вентиляцией.

Печи с применением съемных индукционных единиц выполняются качающимися, а с несъемными – стационарными. Наклон используется для замены индукционной единицы без слива металла.

Коэффициент мощности печей для цинка равен 0,5 – 0,6.

Печи для плавки чугуна

Канальные печи используются для плавки чугуна в качестве миксеров в дуплекс-процессе с вагранками, дуговыми и индукционными тигельными печами, позволяя повысить температуру, осуществить легирование и обеспечить однородность чугуна перед разливкой. Коэффициент мощности печей для плавки чугуна – 0,6 – 0,8.

Печи мощностью до 16 т – шахтные с одной или двумя съемными единицами, печи большей емкости – шахтные и барабанные, с числом съемных единиц от одной до четырех.

Существуют специальные канальные раздаточные миксеры для обслуживания литейных конвейеров. Выдача дозированной порции из такого миксера производится либо с помощью наклона печи, либо вытеснением металла путем подачи сжатого газа в герметизированную печь.

Канальные миксеры для чугуна имеют сифонные системы заливки и сливки металла; заливной и выпускной каналы выходят в ванну около ее дна, ниже зеркала расплава. Благодаря этому металл не загрязняется шлаком. Заливка и слив металла могут происходить одновременно.