Основные понятия и определения

Перед тем, как приступить к изложению типовых операций и процессов плавки литейных сплавов, раскроем содержание ос­новных понятий, таких как «плавка», «шихта», «шлаки», «футе­ровка» и т. п.

Плавка - это совокупность физических и химических про­цессов, происходящих в плавильной печи при получении жидко­го металла с заданными свойствами.

В современном производстве различают первичные метал­лургические плавки и вторичные плавки литейных сплавов. За­дачей первичных металлургических плавок является выделение металлов и сплавов из сырых или прошедших предварительную обработку природных веществ, в которых металлы содержатся в виде соединений. Сложность металлургической задачи и масшта­бы металлургического производства не позволяют, как правило, получить в первичном металлургическом агрегате расплав, отлив­ки из которого удовлетворяли бы требованиям современного ма­шиностроения. Одним из немногочисленных примеров использо­вания сплавов первичной плавки для получения фасонной отлив­ки является литье изложниц для чугунных и стальных слитков в металлургическом производстве из доменного чугуна.

В литейном производстве используют продукты первичной плав­ки (ихназывают первичными шихтовыми материала­ми) и вторичные металлы². Квторичным металлам отно­сятся металлический лом, а также слитки (чушки) цветных спла­вов, полученные путем переплава лома цветных металлов на спе­циализированных предприятиях.

В зависимости от вида сплава, типа плавильной печи, состава исходных материалов для плавки и требований к расплаву техно­логический процесс плавки может включать в себя от трех до де­сяти и более типовых операций.

Физико-химическая основа этих типовых операций плавки литейных сплавов рассматривается в общем виде для всех процес­сов в гл. 8, предшествующей изложению технологии плавки кон­кретных сплавов.

Шихта — это исходные материалы, загружаемые по совокуп­ности в плавильную печь, которые должны обеспечить требуемое качество получаемого жидкого сплава. Количество компонентов шихты и химический состав этих компонентов определяется расче­том в зависимости от требуемого состава готового металла.

Газовая фаза печи образуется из окружающей атмосфе­ры печи (если печь не герметизирована или не вакуумирована), продуктов сгорания топлива и газообразных продуктов других хи­мических реакций, протекающих в печи. В некоторых случаях в рабочее пространство печи вводят защитные, окислительные, ра­финирующие газы, которые также входят в состав газовой фазы, участвующей во всех процессах плавки.

Шлаками называют продукты плавки, которые образуются в плавильной печи в результате сплавления веществ, посторон­них по отношению к металлу. К таким веществам относятся окси­ды металла и песок на поверхности кусков шихты, зола топлива, частицы оплавившихся огнеупорных материалов и другие веще­ства, наличие которых зависит от выплавляемого сплава, типа плавильной печи, используемых шихтовых материалов и других особенностей технологии плавки.

Самопроизвольное образование шлака (первичного или само­родного) связано с затратами энергии на его разогрев и плавле­ние, требует дополнительного времени и затрат труда (часто тя­желого ручного) на его удаление. Этим объясняется распростра­ненное среди неспециалистов представление о шлаке как о по­бочном, вредном продукте плавки. Однако шлаки оказывают при надлежащих физико-химических свойствах важное положитель­ное воздействие на качество получаемого металла. Они защищают металл от окисления, растворения в нем газов, способствуют уда­лению вредных примесей и т.д. Для придания шлаку требуемых физико-химических свойств в печь добавляют флюсы.

Так, например, для удаления вредных примесей фосфора и серы, растворенных в стали, в шлак вводят известь СаО, которая, образуя с этими примесями прочные, нерастворимые в расплаве соединения, переводит данные элементы из металла в шлак.

Футеровкой называется слой материала, образующий внут­реннее пространство плавильной печи. Этот слой должен сохра­нять в течение длительного времени достаточно высокие прочност­ные свойства при высокой температуре, а также противостоять химическому воздействию со стороны шлака, расплавленного металла и газовой фазы печи. Материалы, из которых изготовля­ется футеровка, называются огнеупорными материала- ми, или просто огнеупорами.

В связи с тем, что огнеупорные материалы должны противо­стоять химическому воздействию шлака, металла и атмосферы печи при высокой температуре, важнейшими классификационными признаками этих материалов являются огнеупорность (способность противостоять действию высоких температур) и химические свой­ства. В табл. 1 приведены характеристики огнеупорных материа­лов, используемых при плавке литейных сплавов. Из данных табл. 1 следует, что наибольшей огнеупорностью обладают углеродистые огнеупоры, однако на практике они при­меняются сравнительно редко, так как при температуре более 1000 °С они легко окисляются, т. е. сгорают, не выдерживая хими­ческого воздействия со стороны атмосферы печи.

Важнейшими компонентами огнеупоров, наиболее распрост­раненных в литейном производстве, являются оксиды кремния, магния, алюминия, кальция, хрома и железа. В зависимости от характера оксидов, преобладающих в составе огнеупорных мате­риалов, они делятся на кислые, основные и нейтральные.

Таблица 1