Технические характеристики индукционных печей для плавки магниевых сплавов

Таблица 2.1

Наряду со специальными конструкциями тиглей для плавки магниевых сплавов применяется специальный инструмент, предназначенный для модифицирования, снятия и нанесения флюсов, ковши для разливки сплавов (рис. 2.7, 2.8, 2.9, 2.10).

На рис. 2.7 показан колокольчик, предназначенный для введения в расплав модифицирующих или легирующих добавок.

Рис. 2.7. Колокольчик для введения различных добавок: 1 — цилиндр колокольчика; 2 — дно колокольчика; 3 — рукоятка.

На рис. 2.8 показан  совок для нанесения флюса на расплав.

Рис. 2.8. Совок для нанесения флюса на расплав: 1 — корпус; 2 — крышка; 3 — дно совка; 4 — рукоятка.

Ложка-шумовка, предназначенная для снятия флюса, показана на рис. 2.9.

Рис. 2.9.  Ложка-шумовка (шлакоочиститель): 1 — ложка с отверстиями; 2 — рукоятка.

Разливка металла из стационарного тигля производится ручными ковшами вместимостью до 20 кг (рис. 2.10). Конструкция их должна исключить попадание флюса в отливку.

Рис. 2.10. Разливочный ковш для магниевых сплавов (а), разрез ковша (б): 1 — дно ковша; 2 — трубка ковша; 3 — желоб ковша; 4 — козырек ковша; 5 — корпус ковша; 6 — ручка; 7 — распорка; 8 — дно желоба ковша.

Шихтовые материалы

В состав шихты для изготовления магниевых сплавов могут входить первичные (технически чистые) металлы, первичные сплавы, возврат собственного производства и различные лигатуры.

Металлические шихтовые материалы, применяемые для плавки магниевых сплавов, приведены в таблице 2.2.

Шихтовые материалы для плавки магниевых сплавов

Таблица 2.2

Примечание: сплав МА 8 Бч содержит 0,001-0,002% бериллия.

Для наиболее применяемых магниевых сплавов выпускаются готовые лигатуры Mg - Zr, Mg - Nd, Mg - Y, применение которых упрощает технологию приготовления расплава.

Мелкие отходы собственного производства (стружка, сливы из ковшей и др.) переплавляются на предварительный сплав. Технология плавки их практически не отличается от  технологии выплавки рабочего сплава, за исключением того, что предварительные сплавы не модифицируются. Предварительные сплавы используются в шихту после получения результатов химического анализа. Общее количество отходов в шихте, включающей предварительные сплавы, может доходить до 70-80%.

Флюсы для плавки магниевых сплавов

Флюсы должны обеспечить надежную защиту магниевых сплавов от взаимодействия с атмосферой печи и от загорания металла, а также произвести эффективное рафинирование расплава от неметаллических включений. Чтобы выполнить эти задачи, флюсы должны отвечать следующим требованиям:

1. Температура плавления флюса должна быть ниже температуры солидуса сплавов.

2. Плотность флюса при температуре разливки должна быть немного выше плотности расплава сплава.

3. Флюсы должны иметь определенную вязкость и поверхностное натяжение — в зависимости от способа плавки и состава сплава.

4. Не взаимодействовать с основой сплава и легирующими элементами.

Комплекс многих и нередко противоречивых требований в наибольшей степени могут обеспечить многокомпонентные смеси хлористых или фтористых солей. Свойства некоторых из них приведены в таблице 2.3. Здесь же для сравнения указаны свойства чистого магния и сплава Мл 5.

Температуры плавления (t_пл), плотность (γ), динамическая вязкость (μ) и поверхностное натяжение (σ) некоторых хлоридов, фторидов, магния и сплава Мл 5

Таблица 2.3

Разнообразие марок сплавов, разных устройств и способов ведения плавки вызывают необходимость применения различных составов флюсов.

Из таблицы 2.3 видно, что все представленные в ней соли имеют температуры плавления гораздо выше температуры плавления магниевых сплавов. В связи с этим основу флюсов должны составлять эвтектические смеси солей с низкими температурами эвтектик. В системе MgCl₂ - NaCl температуры могут меняться от 450⁰ С до 560⁰ С; в системе MgCl₂ - КCl — от  440⁰ С до 610⁰ С. В связи с этим многие флюсы образованы на основе природного минерала карналлита, который представляет собой двойную соль хлоридов магния и калия (MgCl₂·КCl). Для получения флюса с требуемыми значениями плотности, вязкости, поверхностного натяжения и смачиваемости неметаллических включений в карналлит вводят различные добавки.

Из приведенных в таблице 2.3 значений следует, что в качестве утяжелителей целесообразно использовать хлориды  кальция, бария, фторид кальция. Важную роль для флюсов играет вязкость. При плавке в стационарных тиглях флюс должен быть жидкоподвижным для того, чтобы он мог очень быстро закрывать нарушенный при заборе металла покров. В  то же время, при плавке в выемных тиглях вязкость должна быть большей, чтобы на поверхности расплава могла образоваться корка флюса, которая предохраняет металл во время разливки. В этом случае в состав флюса вводят загустители, в качестве которых могут применяться как нерастворимые (например, MgO), так и растворимые (например, CaF₂) во флюсе добавки.

Флюс должен хорошо смачивать неметаллические включения, чтобы обеспечить эффективное рафинирование. Основу рафинирующей способности флюсов составляют MgCl₂, MgF₂, KCl. Рафинирующее действие флюсов основано на окиси магния с хлористым магнием и образованием хлорокиси магния (MgCl₂·5MgO). Хлорокись магния смачивается частицами флюса лучше, чем металл. При опускании хлористых флюсов в металле происходит обволакивание окиси магния расплавами хлористых солей и высаживание этих агрегатированных комплексов на дно тигля. В то же время, флюс должен хуже смачивать металл для того, чтобы он отделялся от металла во время разливки и не затягивался в форму.

Разработано большое количество флюсов; составы некоторых из них приведены в таблице 2.4. Плавка магниевых сплавов может осуществляться с использованием 2-х флюсов: покровного и рафинирующего. В этом случае расплавление твердой шихты происходит под флюсом, который обеспечивает защиту расплава от воздействия атмосферы печи.

Затем покровный флюс снимается и наводится другой флюс для рафинирования. Понятно, что технология плавки с покровными и рафинирующими флюсами — более сложная, поэтому желательно использовать флюс одного состава.