Плавильные печи для цветных и чёрных металлов: основные отличия

Плавильные печи играют ключевую роль в литейном производстве, обеспечивая такие условия получения расплава металла, при которых в дальнейшем получится годная отливка. Однако необходимо учитывать особенности и различия в процессах плавки чёрных и цветных металлов. В данной статье мы рассмотрим основные отличия плавильных печей для различных сплавов, чтобы помочь вам выбрать оптимальное оборудование для вашего производства.

Что необходимо учесть при выборе плавильного оборудования для получения цветных металлов и сплавов

Взаимодействие с кислородом

Плавка большинства цветных металлов происходит на воздухе. И по механизму вступления в реакцию с кислородом воздуха и, соответственно, его влиянию на получаемые свойства сплава, цветные металлы делятся на 3 большие группы.

1. Металлы, которые не растворяют кислород – цинк, алюминий, магний и их сплавы.
Однако поверхность расплава этих металлов реагирует на кислород образованием плёнок оксида на поверхности. При заливке формы, эти плёнки могут попасть в тело отливки, что приводит к браку. Поэтому при плавлении таких металлов стремятся исключить перемешивание.
2. Металлы, которые образуют с кислородом пограничный, нестабильный, имеющий абсолютно непредсказуемый по своим свойствам жидкий раствор. Это хром, никель, медь, титан, серебро и сплавы на их основе.
При плавке этих металлов зеркало расплавов защищают от воздействия кислорода и применяют технологии, исключающие попадание его в расплав.
3. Металлы, которые не вступают во взаимодействие с кислородом – золото и платина.
Для этих металлов дополнительные меры защиты от кислорода не используют.

Цинк

Взаимодействие с футеровкой печи

Во время плавки расплавы цветных металлов помимо химического взаимодействия с футеровкой печи может произойти выделение графитовой составляющей с последующим взаимодействием её с расплавом.

Кроме того, магниевые и алюминиевые сплавы могут восстанавливать кремний из оксидов футеровочных материалов.

Цинковые сплавы не взаимодействуют огнеупорами.

Медь, цинк и олово не способствуют восстановлению кремния из футеровки, однако, содержащиеся в сплавах меди добавки хрома, титана, циркония взаимодействуют с магнезитовой футеровкой, восстанавливая кремний.

Что нужно учесть при выборе плавильного оборудования для чёрных металлов

Температура плавления

Чёрные металлы имеют более высокую температуру плавления по сравнению с другими металлами, в частности, с цветными, поэтому оборудование для их плавления должно быть способно развивать и выдерживать высокие температуры.

Футеровка печей

В зависимости от основного химического состава металла различают следующие виды футеровок: кислые (SiO₂ ≥ 90%), нейтральные (Al₂O₃ ≥ 75%), основные (MgO ≥ 20%).

При получении чугуна, углеродистых и низколегированных сталей, как правило, применяют кислую футеровку.

Высоколегированные стали плавят, используя нейтральную футеровку, исключающую возможность налипания шлака.

При плавке тугоплавких легированных сплавов при температурах более 1750°C применяют основную футеровку.

Печи для плавки чёрных и цветных металлов. Особенности

Как правило, для плавки цветных и чёрных металлов применяют индукционные и тигельные печи. Причем, они могут различаться вместимостью, свойствами футеровки и способностью достижения различных температур в зависимости от расплавляемого металла.

Электродуговые печи используют при расплавлении чёрных металлов, так как конструктивная особенность их предопределяет сразу высокую температуру нагрева, которую цветной металл не выдержит и выгорит.

Для плавки алюминия используются отражательные печи, а также печи сопротивления.

Особенности футеровок индукционных и тигельных печей

При необходимости проведения в одной печи плавки меди и бронзы индукционную печь рекомендуется футеровать нейтральной массой. Спекающая плавка чаще всего проводится чугуном.

Требования к футеровкам индукционных печей

- стойкость к термическим напряжениям
Относительно тонкая стенка тигля должна противостоять значительным перепадам температур между жидким металлом и температурой поверхности тигля снаружи.

- высокая механическая прочность

Стенки тигля при оптимальной толщине должны выдерживать большие нагрузки: от веса расплавляемого металла, при очистке тигля, при динамическом воздействии от загрузки шихты.

- способность противостоять химическому воздействию шлака

- стойкость к температуре расплава при перемешивании металла в результате воздействия магнитного поля

- высокая плотность для противостояния размывающего действия металла

- оптимальная толщина, потому что при увеличении размеров стенки тигля значительно снижаются электрические и экономические характеристики печи

 - отсутствие токопроводности, иначе высок риск замыкания элементов индуктора

- минимизация процессов термического изменения геометрии (усадки или роста), приводящих к трещинам.

Электродуговые печи для плавки стали

В электродуговых печах производят плавку высоколегированных сталей, которая происходит при температуре до 1800 оС. Благодаря тому, что разогрев происходит очень быстро, легирующие добавки не успевают выгореть и их в достаточном количестве можно ввести в расплав. Угар легирующих элементов минимален.

Электродуговые печи футеруют кирпичом, состав которого аналогичен набивным футеровкам.

Отражательные печи для плавки цветных металлов

Печи, принцип действия которых основан на отражательном эффекте, используют в основном для плавки алюминия, а также цинка, меди, олова. По принципу нагрева оборудование относится к пламенным печам. Источником нагрева может служить мазут, газ или угольная пыль.

В результате сжигания топлива, раскалённые продукты горения нагревают поверхность металла и футеровочную кладку, которая своим отражённым теплом дополнительно нагревает металл в печи.

Если вам нужна более подробная консультация по подбору печного оборудования для вашего производства, обратитесь к нашим менеджерам. Они помогут подобрать литейное, металлургическое и металлообрабатывающее оборудование для модернизируемых и строящихся производств. Разработают проект и осуществят технологическое сопровождение.