Строение металлов (стр. 18 из 48)

У—угар элемента при плавке, %.

Определив среднее содержание элемента в шихте, рассчитывают процентное содержание составляющих шихты.

Шихта чаще всего состоит из первичных и вторичных материалов, а также отходов производства. Примерные составы шихты при плавке показаны в табл. 3.1.

При получении расплава применяются неметаллические материалы (флюсы) с целью защиты от окисления, удаления вредных примесей, защиты от газонасыщения. Флюсы должны обладать хорошей жидкотекучестью и достаточным поверхностным натяжением, чтобы закрывать поверхность

Таблица 3.1

Состав шихты при плавке металлов

Сплавы	Первичные металлы и сплавы	Вторичные металлы и сплавы	Отходы собственного производства	Лом и отходы со стороны
Алюминиевые	25 - 80	20 - 0	35 - 20	20 - 0
Магниевые	20 - 70	–	–	10 - 0
Титановые	50 - 80	–	20 - 50	–
Жаропрочные	20 - 80	–	20 - 80	–
Конструкционные стали	20 - 80	–	20 - 80	20 - 50

расплава; необходимой вязкостью, чтобы задерживаться на поверхности расплава во время заливки в форму. Флюсы не должны взаимодействовать с футеровкой печи.

В зависимости от сплава, вида литья и характера производства применяются различные плавильные агрегаты. Для плавки чугуна используются печи шахтного типа непрерывного действия (вагранка), коксогазовые и газовые вагранки. В целях оздоровления окружающей среды широко внедряются вагранки закрытого типа, в которых отходящие газы отбираются, подвергаются очистке, дожигаются, а получающаяся при этом теплота используется для различных целей.

Для плавки углеродистой стали используются пламенные лечи, на жидком и газообразном топливе, для стали высокого качества — электропечи.

Для плавки медных, алюминиевых и магниевых сплавов применяются тигельные и отражательные плавильные агрегаты, а также электропечи различных типов.

Для бесфлюсовой плавки титановых, ниобиевых, молибденовых и других тугоплавких сплавов, а также сталей, содержащих алюминий, титан и другие легкоокисляемые элементы, применяются вакуумные электроплавильные агрегаты, электронно-лучевые, плазменно-дуговые и плазменно-индукционные печи.

В процессе плавки возможны безвозвратные потери расплава или угар, на который влияют температура и время протекания процесса, взаимодействие расплава с атмосферой и футеровкой печи и флюсами. Во избежание этого необходимо процесс плавки вести быстрее, применять покровные флюсы, защитные газы или формовочные материалы

Формовочные материалы. Материалы, из которых изготовляют песчаные формы, называют формовочными. Основные требования, предъявляемые к формовочным материалам: огнеупорность, низкая стоимость, недефицитность, не токсичность, долговечность. Различают исходные материалы, формовочные смеси для изготовления форм, стержневые смеси для изготовления стержней, отработанные смеси и материалы для окраски и отделки форм и стержней.

Исходными являются материалы, из которых изготовляют формовочные и стержневые смеси, а также материалы для окончательной отделки форм и стержней.

Формовочные и стержневые смеси представляют собой предварительно подготовленные, взятые в определенной пропорции, равномерно перемешанные между собой исходные материалы.

Материалами для окончательной отделки форм и стержней служат огнеупорные литейные краски, замазки, клеи и другие, часто называемые вспомогательными.

Формовочные и стержневые смеси состоят из огнеупорной основы, связующих материалов и специальных добавок.

Огнеупорной основой формовочных и стержневых смесей является кварцевый песок. Кроме кварцевого песка, используют магнезит, хромомагнезит, хромит, шамот, циркон и др. (табл. 3.2). Связующие материалы связывают частицы (зерна) огнеупорной основы, придавая смесям определенную прочность. По объему потребления первое место среди этих материалов занимают формовочные глины, затем жидкое стекло, различные синтетические смолы и прочие связующие.

Таблица 3.2

Огнеупорные материалы

Классификация по огнеупорности по огнеупорности
Наименование материала	Химическая формула	Наименование класса	Температурный предел, °С
Тальк Пирофиллит Ставролит	ЗМg0∙4SiO2 ∙Н20 А120з∙4SiO2 Н20 2А120з∙2SiO2 FeO∙ Н20	Мало огнеупорные	до 1580
Кварцевый песок Пылевидный кварц Плавленый кварц Шамот Хромит	SiO2 Cмесь А12О3 и SiO2 Сг2Оз∙FеО	Огнеупорные	1580— 1770
Магнезит	MgСО3	Высокоогнеупорные	1770— 2000
Дистенсиллиманит	А120з∙SiO2
Оливин	2(А1,Fе)О∙SiO2
Дунит	ЗМgО -2Si О 2 ∙2Н2О
Хромомагнезит	Смесь Сг2О3 и МgО	Высшей огнеупорности	выше 2000
Электрокорунд Циркон	Al2О3 (плавленая) Zг02 *Si02

Формовочные глины представляют собой водные алюмосиликаты или соли поликремниевых кислот общего вида

пК₂О ∙ mАl₂Оз ∙ lSiO₂ ∙ bН₂О + gН₂О,

где п, т, I, b, g — коэффициенты, изменяющиеся в зависимости от минералогического состава глины в пределах от 0 до 6.

Связующая способность глин зависит от минералогического состава и степени измельченности; чем мельче частицы глины, тем выше ее связующая способность.

Жидкое стекло является коллоидным водным раствором силиката натрия общего состава Na₂O∙nSiO₂ ∙ag (упрощенно Nа₂Si₂O₅ ). Здесь n~2—3. При применении жидкого стекла наиболее широкое распространение получил СО₂ — процесс, при котором упрочнение смесей происходит продувкой газообразной углекислотой. Между жидким стеклом, содержащим воду, и углекислым газом идет реакция:

Nа₂Si0_з + 2Н₂О + СО₂® Si (ОН)₄ + Nа₂СО_з,

в результате, которой образуется гель кремнекислоты, связывающий между собой частицы огнеупорной основы смеси.

В литейном производстве в качестве связующих материалов все большее распространение находят синтетические смолы: формальдегидные, карбамидные, фурановые, полиэфирные и некоторые другие, а также многочисленные их сочетания.

Специальные добавки предназначены для улучшения технологических и рабочих свойств смесей и отделочных материалов. С этой целью в формовочные смеси дополнительно вводят молотый каменный уголь, мазут, древесные опилки, торфяную или асбестовую крошку, различные поверхностно-активные вещества и другие материалы.

Приготовление формовочных и стержневых смесей состоит в смешивании предварительно подготовленных составляющих на специальном оборудовании (бегуны, шнековые смесители и т. п.).

Основными свойствами формовочных и стержневых смесей являются: прочность на сжатие и разрыв, поверхностная прочность или осыпаемость, газопроницаемость, газотворность, гигроскопичность, формуемость, текучесть, уплотняемость, выбиваемость. Все они контролируются на соответствующих приборах по стандартным методикам.

Составы и уровни свойств смесей назначают в зависимости от характера технологического процесса.

Л Е К Ц И Я № 9

3.8 Сборка и заливка литейных форм

Сборка литейных форм начинается с установки нижней полуформы 1 на заливочную площадку или тележку конвейера (рис. 3.20, а). Затем в последовательности, указанной в технологической карте или на сборочном чертеже, устанавливают стержень I (рис. 3.20, б) и стержень II, после этого нижнюю полуформу по центрирующим штырям 3 накрывают верхней полуформой 2 (рис. 3.20, в). Устойчивое положение стержней обеспечивается стержневыми знаками. Верхнюю полуформу с нижней скрепляют болтами, скобами или накладывают груз.

Рис.3.20. Последовательность операций сборки литейной формы

Автоматизация заливки литейных форм обеспечивает высокую точность дозировки металла, облегчает труд заливщика, повышает производительность труда.

На рис. 3.21 приведена схема автоматической заливочной установки для заливки серого чугуна в формы, в которой раздаточное устройство 1, имеет кольцевой индуктор 6 для подогрева и перемешивания расплавленного металла и герметичную крышку 2. Через канал 7 в раздаточное устройство периодически заливают чугун из ковша 8. Для выдачи дозы над зеркалом расплава создают давление, благодаря которому уровень металла в каналах 7 и 3 поднимается, и он через отверстие 4 в раздаточном носке поступает в форму 5. Расходом управляют, изменяя давление газа на зеркало расплавленного металла.

Рис.3. 21. Схема автоматической заливочной установки

3.9 Изготовление форм

Формы изготовляют различными способами: формовкой в двух и трех оноках, по шаблону, и литейных кессонах, в стержнях, в опоках, безопочной и машинной формовками.