Для плавки алюмінієвих сплавів використовують тигельні печі, що обігріваються різними видами палива, стаціонарні полум'яні і електричні - опору і індукційні.
1. Шихтові матеріали
В якості вихідних шихтових матеріалів застосовують первинні і вторинні метали і сплави, оборотні сплави і лігатури.
Первинний алюміній поставляється по ГОСТ 11069-74 у вигляді чушок масою 5, 15 і 1000 кг. Для виробництва алюмінієвих сплавів зазвичай використовують алюміній марок А5, А6 і АТ, а для виготовлення виливків високо відповідальних призначення - алюміній особливої і високої чистоти.
Алюміній вторинний чушки отримують переплавкою і рафинированием брухту і відходів. Вони поставляються у вигляді чушок різних марок по ГОСТ 1583-73.
Свіжі метали. До складу алюмінієвих сплавів входять цинк, магній, кремній, марганець, мідь, берилій, нікель, залізо, титан і інші елементи. Для алюмінієвих сплавів зазвичай застосовують цинк марок Ц1 і Ц2. Магній поставляється по ГОСТ 804-72 в чушках масою 8,0 ± 1 кг. Зважаючи на велику схильність його до корозії поверхню чушок піддається антикорозійного обробці. Кремній вводять в алюмінієві сплави у вигляді чушкового силуміну (сплав кремнію з алюмінієм), що поставляється по ГОСТ 1521-76, а марганець -в вигляді лігатури алюміній - марганець, що містить близько 10% марганцю. Для приготування лігатур використовують марганець марок Mp1, МР2 і Мр3.
Якість виливків в великій мірі залежить від старанності підготовки шихтових матеріалів до плавки і способів їх зберігання. Вони повинні зберігатися в сухих критих приміщеннях окремо за марками сплавів. Оборотний сплав повинен очищатися від піску в очисних барабанах.
Шихта для приготування алюмінієвих сплавів може складатися з чушкового алюмінію, силуміну, оборотного металу, лігатур і чистих металів.
Для доведення до необхідної кількості вмісту кремнію застосовуємо чушковий силумін (з Si = 13%), а магнію і міді-алюмінієво-магнневую і алюмінієво-мідний лігатури.
3. Флюси, рафинирующие і модифікують матеріали
Для отримання високоякісних сплавів здійснюють плавку під флюсом, рафінування сплаву для видалення неметалевих включень, а також зміну для отримання дрібної структури та підвищення механічних властивостей.
Для рафінування та модифікування алюмінієвих сплавів часто застосовують універсальні флюси, що складаються з суміші солей і кріоліту. Універсальні флюси використовуються як в рідкому, так і в порошкоподібному стані.
4. Плавка в тигельних печах
Плавку алюмінієвих сплавів в невеликих обсягах здійснюють в тигельних печах, що працюють на нафті і газі ..
Піч складається з сталевого кожуха з футеровкою і вставленого в нього зверху чавунного тигля. Останній своїм широким фланцем кріпиться до сталевого кільця, перекривають шахту зверху, що забезпечує повну ізоляцію розплавленого металу від пічних газів. Піч встановлена на зварений чи литий рамі. Поворот її здійснюється штурвалом. Для збільшення терміну служби тиглів і зменшення насичення сплавів залізом внутрішню поверхню їх рекомендується фарбувати фарбою, що складається з 60% кварцового піску, 30% вогнетривкої глини і 10% рідкого скла.
Мал. 1. Поворотна тигельна піч.
5. Плавка в електричних печах
Плавку алюмінієвих сплавів виробляють в електричних печах опору, тигельних і відбивних печах, а також в індукційних.
Плавка в електричних відбивних печах. На підприємствах, де алюмінієві сплави виплавляються в великих обсягах, застосовують електричні печі САН (печі опору для алюмінієвих сплавів, нахиляються) і камерні стаціонарні.
Піч САН (рис. 2) має подовжений металевий корпус, встановлений на ковзанках і укріплений на фундаменті. Корпус зсередини викладений цеглою. У торцях печі розташовані дві форкамери, а в середині - центральна ванна. Звід печі викладений фасонними вогнетривкими цеглинами, в гніздах яких укладені нагрівальні спіралі. Такі ж спіралі є і в форкамеру.
Шихту завантажують через вікна. Вона плавиться в форкамеру за рахунок тепла, відбитого від склепіння і стін печі, і по похилих площинах стікає в центральну ванну. Злив готового металу з печі здійснюється через льотку при повороті печі на опорних ковзанках за допомогою штурвала або електроприводу.
Плавка в тигельних електричних печах опору. При порівняно невеликих масштабах виробництва для плавки алюмінієвих і магнієвих сплавів застосовують однотігельние печі опору САТ -0,15 і САТ -0,25, а також двухтігельние печі СЖ.Б-230 і ОКБ -75.
Мал. 2. Електрична піч типу САН.
Печі CAT виконані у вигляді зварного циліндричного кожуха, футерованого фасонним легковесношамотним цеглою, і мають теплоізоляцію. Нагрівання чавунного тигля, встановленого на литому чавунному кільці, проводиться Ніхромовий нагрівач, які покладені на поличках фасонних шамотних цеглин і укріплені металевими гачками. У нижній частині печі є аварійне отвір для випуску металу на випадок прогорання тигля. Температура автоматично регулюється самопишущим потенціометром за допомогою хромель-алюмелеві термопари.
Мал. 3. Тигельна електропіч.
Останнім часом набули поширення бессердечніковие тигельні індукційні печі ИАТ ємністю 0,4-0,6 т і продуктивністю 0,235-2,0 т / год.
6. Особливості технології плавки і розливання алюмінієвих сплавів
Для більшості алюмінієвих сплавів прийнята одна технологія плавки незалежно від конструкції печі.
Шихтові матеріали перед завантаженням ретельно очищають від забруднень і підігрівають до 100-150 ° С для видалення з їх поверхні вологи.
Плавка алюмінієво-кременистих сплавів. Як уже зазначалося, найкраще вести плавку в індукційних печах високої або промислової частоти і в електричних печах опору. Як шихтових матеріалів застосовують чушкового силуміни, первинний алюміній і оборотний метал (до 50% від маси шихти).
Плавку здійснюють в такій послідовності. Піч або тигель нагрівають до температури 600-700 ° С, завантажують в них підігріті чушки силуміну і попередньо очищений в барабані оборотний сплав. Після розплавлення метал перегрівають до 720-730 ° С, рафінують хлористим цинком (0,1% від маси шихти) і виробляють його модифікування.
Рафінування здійснюють шляхом занурення навішування хлористого цинку на дно тигля за допомогою «дзвіночка», який повільно водять по дну тигля до повного припинення виділення бульбашок газу.
Модифікування сумішшю хлористих і фтористих солей калію і натрію виробляють шляхом покриття ними очищеної від шлаку поверхні сплаву і витримки протягом 12-14 хв. Потім солі рубають і замішують в сплав протягом 2 хв, після чого модифікатор знімають з поверхні сплаву.
При використанні універсальних флюсів операції рафінування та модифікування поєднують.
Плавка алюмінієвих сплавів, що містять магній. Щоб уникнути насичення сплаву шкідливими домішками - залізом і кремнієм - плавка ведеться тільки в графітових тиглях. Допоміжний інструмент - счіщалка, дзвіночки та ін. - також виготовляється з графіту або титану.
Як шихтових матеріалів застосовують первинний алюміній високої чистоти, магній і лігатури алюмінієво-берилію-ву, алюмінієво-титанову, алюмінієво-цирконієву і оборотний сплав відповідної марки (до 50-60% від маси всієї шихти).
Після нагріву тигля до температури 600 ° С. завантажують чушки первинного алюмінію та алюмінієво-берилієвих лігатуру. При температурі сплаву 670-700 ° С вводять лігатури алюміній - титан і алюміній - цирконій і після повного розчинення всіх лігатур за допомогою графітового дзвіночка вводять магній. При цьому необхідно стежити, щоб магній весь час був занурений в сплав. Після введення магнію сплав рафінують. Потім з поверхні ванни знімають шлак, сплав ретельно перемішують і знову знімають шлак, після чого виробляють розливання. Протягом всієї плавки не допускається перегрів сплаву понад 750 ° С.
Для розливання застосовують розливні тиглі і футеровані ковші ємністю до 1000 кг. Довжина струменя сплаву повинна бути мінімальною. Тиглі, ковші і розливний інструмент обов'язково прокаливают і покривають спеціальними фарбами.