Обработка алюминиевого расплава

Этой статьей мы заканчиваем обзор замечательного руководства британской фирмы Ashford Engineering Services «D.C. Casting Remelt Shop Handbook». Это практическое руководство по работе литейного цеха независимого завода по производству прессованных алюминиевых профилей. В этот раз речь пойдет о обработке алюминиевого расплава – печной и внепечной – перед подачей на литейную машину.

См. также
Цех для литья алюминиевых слитков-столбов
Печи для плавления алюминия
Вертикальные литейные машины для литья алюминевых слитков
Системы литья алюминиевых слитков-столбов

Контроль температуры печи

Контроль температуры расплава должен быть определяющим фактором. Чрезмерная температура расплава приводит к потере легирующих элементов и требует их дополнительного введения, что увеличивает расходы на шихту.

Чтобы плавление алюминия было эффективным, температура в печи должна быть не менее 1100 ºС. Контроль температуры обычно ведут по температуре свода печи или температуре отходящих из печи газов. Однако преобладающим фактором является температура расплава в ванне печи.

Термопара в ванне печи

Для термопары, которую погружают в расплав печи, главным вопросом является срок службы ее огнеупорного кожуха. Основные проблемы – это «вмораживание» кожуха термопары в ванне печи и ее механическое повреждение при загрузке в печь шихты. Поэтому многие литейщики вынимают термопару из ванны печи при загрузке в нее шихты, чистке печи и снятии шлака. В начале очередного цикла плавления термопару помещают обратно на свое место в ванне печи. Отверстие, в которое вставляется термопара должно быть достаточно большим, чтобы позволять небольшое налипание металла и шлака на кожух термопары.

Печные инструменты

Простые инструменты, которые требуются для печных операций, показаны на рисунке 1. Эти инструменты нужны для работы с ломом в печи, снятия шлака, чистки печи и отбора образцов для спектрального анализа. Все эти инструменты имеют ограниченный срок службы и поэтому считаются расходными материалами. Обычно их изготавливают прямо на заводе.

 Рисунок 1 – Простые инструменты и приспособления для работы
с небольшой плавильною печью

Составление сплава и отбор образцов

Когда весь лом переплавлен, и печь уже загружена на свою полную емкость, отбирают пробу расплава и проверяют ее на содержание различных легирующих элементов и примесей. Наиболее эффективным методом для этого является спектральный анализ. Спектральный анализ выполняют на световом спектрометре. Световой спектрометр – это прибор, в котором электрическая дуга испаряет металл образца, который выполнен из пробы. Свет от дуги проходит через систему призм и линз. Фоточувствительные диоды измеряют интенсивность каждой заданной линии светового спектра. Каждый элемент имеет собственную длину волны и место в световом спектре. Интенсивность каждой длины волны пропорциональна содержанию заданного химического элемента в испытуемом образце. Калиброванные фотодиоды дают в результате процентную долю всех заданных химических элементов в образце.

По результатам спектрального анализа производят подшихтовку печи – добавление ее различных компонентов – с целью достижения заданного химического состава алюминиевого расплава в печи.

Снятие шлака с расплава в печи

После внесения в расплав флюсов обязательно снимают шлак с поверхности расплава. Шлак – это смесь различных преимущественно алюминиевых оксидов с другими примесями, которые собираются на поверхности алюминиевого расплава. Перед передачей расплава для разливки или для последующей внепечной обработки шлак необходимо удалять.

В небольших печах шлак снимают с поверхности металла с помощью длинного ручного инструмента со скребком на конце, повернутым на 90º (см. рисунок 1). Рабочий-литейщик собирает шлак с поверхности расплава и через окно печи направляет его в емкость для шлака, которая стоит непосредственно под загрузочным окном. Ниже на рисунке 2 показаны механизированные устройства для снятия шлака для больших печей.

Рисунок 2 – Примеры механизированных устройств для снятия шлака
в больших плавильных печах

Дегазация и флюсование

Флюсование помогает сделать металл чище. Флюсование производят с помощью соответствующих «порошков» или «таблеток», которые забрасывают в печь и тщательно перемешивают расплав. Другим способом является продувка расплава в печи аргоном, азотом или смесью газов, которые подают через кремниевые трубы, погружаемые в расплав.

Металл требует определенной выдержки, чтобы «дегазироваться» и позволить водороду выделиться из расплава. Кроме того, во время флюсования всплывающие на поверхность расплава пузырьки газов способствуют удалению неметаллических включений.

Еще в 1980-1990-е годы для дегазации применяли 100%-ный газ хлор. Однако этот газ является очень вредным для здоровья людей и, кроме того, вызывает коррозию металлических конструкций и оборудования. Поэтому позднее стали применять флюсование смесью двух газов с небольшим содержанием хлора. Примерами таких смесей газов являются:

• 0,5-2,0 % хлора и более 90 % азота;
• 5-10 % хлора и более 90 % аргона;
• 5-10 % хлора и более 90 % фреона.

На больших производствах часто применяют внепечную дегазацию в технологической линии передачи алюминиевого расплава от плавильной или раздаточной печи к литейной машине. Эти системы дегазации более эффективны, чем дегазация в печи. Например, они способны снижать содержание водорода в расплаве более, чем на 60 %. На рисунке 3 показаны два типа таких систем дегазации – роторная и с продувкой через пористую пробку.

Рисунок 3 – Системы внепечной дегазации алюминиевого расплава

Фильтрование алюминиевого расплава

Алюминиевый расплав, который поступает из плавильной печи, содержит различные мелкие и крупные оксиды, а также другие загрязнения, например, осколки футеровки печи или металлопроводов. Для исключения последующих проблем с качеством поверхности прессованных алюминиевых профилей перед подачей расплава на литье слитков-столбов его необходимо в той или иной степени отфильтровать.

Немало заводов обходится при фильтровании расплава только пропусканием его через сложенную в несколько слоев специальную стеклоткань. В этом случае мелкие неметаллические включения и другие загрязнения неизбежно попадают сначала в слитки-столбы, а затем в прессованные профили.

При повышенных требованиях к поверхности прессованных профилей применяют фильтрование расплава с помощью установки фильтрования, главным элементом которой является керамический фильтр. Пример простой фильтровальной установки показан на рисунке 4.

Рисунок 4 – Установка для фильтрования алюминиевого расплава

Источник:  D.C. Casting Remelt Shop Handbook, Ashford Engineering Services, 1997.