Jaké typy pecí existují pro tavení kovů?

K založení úspěšné slévárny dnes potřebujete moderní slévárenské zařízení, které zajistí vysokou technologii, produktivitu a hospodárnost všech výrobních procesů.

Slévárny v různých průmyslových odvětvích používají zařízení pro všeobecné použití a specializovaná technologická zařízení nezbytná výhradně pro slévárenskou výrobu.

Vlastní slévárenské zařízení je:

1. Tavicí pece.
2. Slévárenské stroje.
3. Licí zařízení, mechanismy, manipulátory, dopravní prostředky a řídicí systémy, snímače určené pro výrobu odlitků
4. Slévárenské stroje, instalace, komplexy.
5. Slévárenské pánve.

Mezi běžné vybavení patří

1. aspirační systémy,
2. Kohoutky,
3. tyristory,
4. transformátory,
5. kondenzátory,
6. Různé typy dopravníků,
7. Jednokolejná doprava,
8. Jeřábové zařízení,
9. výtahy,
10. zásobníkové systémy,
11. krmítka,
12. Magnetické separátory,
13. Větrání,
14. Topné jednotky.

Moderní slévárenské zařízení se výrazně liší od zařízení minulosti. Jedná se především o instalace se softwarem, mechanizované, automatizované systémy, které ve výrobě využívají vysoce a vysoce přesné technologie.

Tavicí pece

Hlavním slévárenským zařízením je tavicí pec. Je vyrobena z vysokopevnostní oceli s použitím tepelných izolantů a ohnivzdorných materiálů se zvýšenou odolností.

Podle způsobu lití se pece dělí na indukční, elektrické obloukové, plynové a muflové. Zvažme zařízení a princip fungování každého z nich samostatně.

indukční tavicí pec

Viz Obr. 1a. Je postaven na principu ekonomického indukčního ohřevu – tavení kovu v důsledku průchodu vířivého elektrického proudu. Elektromagnetické pole je vytvářeno pomocí induktoru.

Pec se skládá z tavícího kelímku ze žáruvzdorného grafitu, do kterého je umístěna kovová vsázka. Kelímek má obvykle válcový tvar. Je umístěn uvnitř induktoru, který je připojen ke zdroji střídavého proudu. Díky jevu elektromagnetické indukce v důsledku tepelného účinku elektromagnetického pole se náboj zahřívá a taje. Jednou z výhod indukčních pecí je vysoká homogenita (homogenita) slitiny, které je dosaženo elektrodynamickou cirkulací a mícháním při indukčním tavení. Jedná se o jednu z nejrychlejších metod tavení. Mají výhody v rychlosti procesu, nízkém znečištění ovzduší a účinnosti. Grafitové kelímky (na bronz, mosaz, měď, zlato, stříbro), litinové a ocelové (na hliník) nebo keramické (na litinu, ocel)

V závislosti na objemu roztaveného materiálu a velikosti kelímku se indukční tavicí pece dělí na:

• Indukční pece od 5 do 200 kg pro těžbu zlata, nástrojářský a klenotnický průmysl, stomatologii, umělecké a experimentální tavení. Nejmobilnější pece na tavení zlata, stříbra, platiny, barevných a železných kovů. IPP-15,25,35,45,70,90,110,160 (čísla udávají výkon pece) mají hmotnost 34 až 130 kg a jsou schopné zpracovat 5 až 200 kg kovu.
• Indukční pece od 100 do 1000 kg pro tavení neželezných kovů. Maximální teplota 1400 °C. Vlastnosti jsou podobné, zvětšuje se velikost pece a objem kelímku.
• Indukční tavicí pece od 100 do 20 000 kg. Používají se pro tavení oceli, litiny a někdy i neželezných kovů pomocí středofrekvenčních proudů. Jedná se o pece pro průmyslové účely, které se používají v hutnických průmyslových podnicích. Například při výrobě válcované oceli. Jejich produktivita je až 150 tisíc tun dlouhých výrobků ročně.

Indukční pece umožňují rychlý přechod z jednoho typu slitiny na druhý, dělají přestávky mezi procesy, snadno se udržují a jsou ergonomické a mají velký potenciál pro automatizaci procesů. V peci lze vytvořit libovolnou atmosféru (neutrální, oxidační, redukční) a jakýkoli tlak. Schopnost řídit tavení, regulovat výkon a ohřev kelímku umožňuje používat různé provozní režimy pro různé slitiny. Vysoká hustota výkonu při středních frekvencích umožňuje vysokou produktivitu pece.

Elektrická oblouková tavicí pec

Viz Obr. 1b. Kov se zahřívá střídavým nebo stejnosměrným elektrickým obloukem, který vzniká mezi třemi válcovými grafitovými elektrodami a kovovou vsázkou. Takové pece mohou pojmout od 0,5 do 400 tun kovu. Vnitřek válcové pece je vyzděn bazickou nebo kyselou cihlou. Při tavení se kov protřepává a technologicky míchá. Používá se v obloukové peci

• Tavení vsázky z legovaného odpadu bez oxidace, v tomto případě se odstraňuje síra a provádí se difúzní dezoxidace pomocí ferosilicia, mletého koksu a hliníku. A získávají legované oceli.
• Tavení na uhlíkaté náplni s oxidací. Používaná směs je stará litina, ocelový šrot, elektrodový šrot, koks, vápno. Při tavení dochází vlivem vzduchu k oxidaci. Poté se směs dezoxiduje srážením a difúzní metodou, hliník a křemičitan. Takto se taví konstrukční oceli.

Elektrická oblouková pec se používá k výrobě žáruvzdorné, nástrojové a konstrukční vysoce kvalitní uhlíkové a legované oceli.

Plynové tavicí pece

Viz Obr. 1. století Teplo vzniká spalováním směsi plynu se vzduchem, pomocí kterého se zahřívá žáruvzdorný kelímek, v takových pecích se taví hliník, měď, cín, drahé kovy a olovo. Plynová pec umožňuje dosáhnout nejpřesnější regulace teploty, která je důležitá pro tavení neželezných a cenných kovů.

Muflová pec

Viz Obr. 1 g. Muflová pec používá ochranný muflový materiál, který odolává teplotám maximálně 950 °C. To omezuje rozsah použití.

Moderní licí stroje

Podle způsobu lisování v komoře se licí stroje dělí na dva typy:

• Licí stroje pro lisování za tepla. Pod mírným tlakem pístu nebo stlačeného vzduchu se komora ponoří do horké taveniny, která je vtlačena do formy. Takto se odlévají slitiny zinku.
• Lisovací lisy za studena Zde se používá vysoký tlak. Používá se především pro slitiny mědi, hořčíku a hliníku.

Použití moderních metod automatizace procesu odlévání nám umožňuje vytvářet stroje z vysoce přesných a kvalitních slitin. Podívejme se na to na příkladu několika moderních strojů na odlévání hliníku.

Sklopné licí stroje jsou nejnovějším technologickým řešením s přesným plněním formy a plnou kontrolou dávkování a chování taveniny pomocí elektrického servopohonu. Tyče se vkládají automaticky nebo ručně. Po uzavření se tavenina slije. Servopohon řídí pohyb, náklon, proces odlévání švihem a zabraňuje deformaci při otevírání formy. Stroj poskytuje ideální přístup k formě, ergonomii jak pro plnění formy, tak při čištění (hydraulický způsob vyhazování součásti).

Stroje na odlévání hlavy válců

Po vložení jader se licí forma uzavře pomocí stacionárního ovládacího prvku. Do formy se nalije hliník, po smrštění se forma otevře a díl se vyjme. Licí stroj je opět připraven k odlévání. Vše probíhá rychle, velmi pohodlně, přesně. Kabely a nastavení jsou dobře chráněny, opravy jsou velmi snadné a přístup k formuláři je ideální. Provedení je odolné, maximálně funkční na vynášení

jasných sekvenčních operací.

Licí stroje na 3 formy

Licí stroje využívají metodu gravitačního lití za současné účasti 3 forem. Produktivita a ergonomie procesu jsou výrazně zvýšeny, plocha údržby je minimální, vše se děje na jednom stroji: instalace jader, lití a odstraňování odlitků

Pro odlévání hliníku se používají rotačně-lineární stroje, pracující pod nízkým tlakem a stabilizovaným plněním díky nastavitelnému sklonu formy, dále stroje s protitlakem, sloužící k vytváření vysoce kvalitních hliníkových odlitků, kde je pec a forma uvnitř jsou pod tlakem, vytvářejí tlakový rozdíl, což výrazně zlepšuje kvalitu produktu. Jedná se o ještě více automatizovanou a optimalizovanou metodu lití ve srovnání s gravitačním litím, které se používá pro odlitky se silnými, rovnoměrně zesílenými stěnami.

Slévárenské stroje, instalace, komplexy.

Ve slévárenské výrobě dnes lze aktivně využívat nejnovější automatizační prvky, které představují následující zařízení:

• Otočné stoly
• Slévárenské roboty
• Robotické manipulátory

Moderní slévárenská výroba dnes využívá automatizované slévárenské komplexy

• Slévárenské karusely pro velkosériovou a hromadnou výrobu s otočným stolem, roboty pro odebírání odlitků, roboty pro instalaci jádra, chladicím dopravníkem a tavicími pecemi.
• Robotická licí buňka se skládá z licích strojů, stolu pro ruční instalaci jader, slévárenského robota, robota pro odebírání odlitků, chladícího dopravníku, stanice pro výměnu rukojetí a tavicích a udržovacích pecí.
• Automatizovaná slévárenská linka je komplex, který zahrnuje licí stroje, manipulátory pro přepravu a instalaci jader a obalů, manipulátory pro vytahování a přemísťování hotových odlitků, odebírací roboty a tavicí a udržovací pece.

Slévárenské pánve

Slévárenské pánve jsou nezbytným prvkem slévárenské výroby, který umožňuje skladování, přepravu a bezpečné odlévání roztaveného kovu pro další odlévání.

Lopaty se pohybují na speciálních vozících nebo pomocí flexibilního výrobního modulu. Obecně platí, že slévárenská pánev je nádoba na kov. Kbelíky se liší

Ve slévárenské výrobě vyžaduje každý kov vlastní tavicí pec a technologii tavení. Tavení oceli se provádí v indukčních a elektrických obloukových pecích, v pecích s plamenovým ohřevem.

Tavení litiny se provádí převážně v kuplových pecích. Jako vsázka se používá vysokopecní surové železo, litinový a ocelový šrot a feroslitiny. Palivem je koks nebo zemní plyn. Kupola je typická šachtová pec; Vyznačuje se vysokou produktivitou, jednoduchostí designu a vyšší účinností. Operace pro nakládání vsázky, tavení a uvolňování litiny a strusky se provádějí automaticky. Řada továren používá kuplovny uzavřeného typu vybavené speciálními systémy pro čištění a dodatečné spalování kuplových plynů. Bílá litina se taví duplexním procesem – v kuplovně a následně v elektrické peci. Při výrobě vysokopevnostní litiny z ocelového odpadu se používají indukční pece. Obloukové pece se používají k tavení vysoce kvalitní litiny.

Slitiny mědi se taví v plamenových pecích, kelímkových, obloukových a indukčních elektrických pecích. Tavení se provádí na vzduchu, v ochranných plynech nebo ve vakuu. Slitiny hliníku se taví v odporových elektrických pecích, indukčních pecích a kelímkových pecích. Kromě klasického lití do forem se k získání odlitků s vysokou hustotou používá vstřikování.

Hořčíkové slitiny jsou náchylné k samovznícení při teplotách blízkých bodu tání. Proto je nemožné roztavit na vzduchu. Vyrábí se v bezkyslíkaté atmosféře nebo pod vrstvou tavidla na bázi fluoridů a chloridů alkalických kovů v kelímkových a indukčních pecích. Kelímkové pece se používají pro tavení slitin titanu; tavení a lití se provádí v ochranné atmosféře (obvykle argon). Pro odlitky v leteckém průmyslu se používají elektronové vakuové elektrické pece.

9.4. Speciální metody odlévání

Při výrobě odlévaných obrobků zaujímají významné místo speciální metody odlévání, které umožňují získat odlitky se zvýšenou přesností, s nízkou drsností povrchu, minimálními přídavky na zpracování a vysokými užitnými vlastnostmi.

Odlitek ztraceného vosku. Odlévací model je vyroben ve formě s vysokou přesností z materiálů s nízkým bodem tání (vosk, stearin, parafín). Pro získání licí formy je model opakovaně ponořen do žáruvzdorné suspenze křemenné moučky a roztoku ethylsilikátu (pojivový materiál) se sušením vrstva po vrstvě po dobu 12-24 hodin. Před nalitím taveniny se voskový model vyjme z formy odpařením nebo spálením. Výsledkem je, že po kalcinaci při teplotě 900 °C se získá jednodílná, tenkostěnná (6-8 mm), velmi pevná skořepina – licí forma. Touto metodou lze vyrábět odlitky jakékoli složitosti s minimálními povolenkami na zpracování z téměř jakékoli slitiny. Drsnost povrchu odlitku je až 2,5 mikronu.

Odlévání mušlí používá se při hromadné výrobě malorozměrových vysoce přesných odlitků. Formovací směs se skládá z jemného křemenného a magnezitového písku (92-95%) a termosetového prášku fenolformaldehydové pryskyřice (5-8%). Při zahřátí se pryskyřice nejprve roztaví, nad 300-350 °C tvrdne.

Směs se nalije do násypky a přikryje se kovovou modelovou deskou zahřátou na 200-250 °C. Modely kovového odlitku jsou upevněny na spodním povrchu desky. Násypka se překlopí a formovací směs se nastříká na vyhřáté modely. Pryskyřice se taví, tvrdne pískem, tvoří – skořápka Tloušťka 6-8 mm na povrchu modelu. Poloviny skořepiny se vyjmou z desky, spojí se do dvojic a kov se nalije. Vytvrzená pryskyřice vyhoří a forma se snadno zničí. Nekovové materiály mají nízkou tepelnou vodivost a krystalizace taveniny probíhá pomalu. Zrno ve struktuře slitiny je velké, u odlitků z nástrojových ocelí je nutné dodatečné tepelné zpracování.

Chill casting. Chill je opakovaně použitelná kovová (ocel, litina) forma vyrobená ze dvou nebo více částí. K vytvoření vnitřních dutin (otvorů) v odlitcích se používají kovové nebo jednorázové tyče z formovacího písku. Před litím se na vnitřní povrch kokily nanese tepelně izolační vrstva žáruvzdorných materiálů (křemenná moučka, grafit, křída, mastek) a pojiva (tekuté sklo), aby se prodloužila životnost drahé a složité kokily. . Chill casting je ekonomicky výhodné použít ve velkosériové a hromadné výrobě.

Vstřikování. Kovová forma je chladicí forma a je naplněna taveninou pod tlakem až 200 atmosfér. Odlitky tvrdnou při nadměrném tlaku. Používají se pouze kovové, jednodílné tyče. Odlévání se provádí na speciálních vstřikovacích lisech se studenou nebo horkou lisovací komorou. U strojů s horkou komorou (obr. 9.4) lisovací komora 2 umístěné ve vyhřívaném kelímku 1 s roztaveným kovem. Když je píst v horní poloze 3 kovový průchozí otvor 4 plní lisovací komoru. Když se píst pohybuje dolů, otvor se uzavře, slitina pod tlakem vyplní dutinu formy 5. Po vytvrdnutí odlitku se píst vrátí do původní polohy, zbývající kov se nalije do lisovací komory a odlitek se vyjme tlačníky 6. Provozní podmínky lisovací komory a pístu jsou nepříznivé, protože jsou neustále ponořeny do taveniny s vysokou teplotou.

U strojů s lisovací komorou za studena jsou provozní podmínky horizontální komory a pístu příznivější, lze tak vyvinout vyšší lisovací tlak. Takové stroje mohou vyrábět masivní odlitky ze všech známých slitin. Vstřikování je vysoce produktivní, ale nákladná metoda výroby odlitků s vysokou rozměrovou přesností a nízkou drsností povrchu.

Odstředivé lití. Tekutý kov se nalévá do formy rotující určitou rychlostí. Rotace formy pokračuje po celou dobu krystalizace odlitku. Vlivem odstředivých sil je kov přitlačován ke stěnám kovové formy. Odlévací materiál se vyznačuje zvýšenou pevností, protože škodlivé nečistoty, jako jsou lehčí frakce (plyny a struska), jsou vytlačovány na vnitřní povrch odlitku a následně odstraněny.

Osa otáčení může být horizontální (obr. 9.5) a vertikální. Obrázek znázorňuje výrobu odlitku ve tvaru rotačního tělesa. Osa rotace se shoduje s osou symetrie odlitku, tloušťka stěny je dána množstvím nalitého kovu. Odstředivé lití se používá při hromadné i individuální výrobě odlitků z různých slitin. Odlévají se pouzdra pro kluzná ložiska, vložky válců a pístní kroužky motorů, velkorážní hlavně děl a dvouvrstvé (bimetalické) odlitky. Pro výrobu litinových trubek se široce používá odstředivé lití. Při výrobě malých, asymetrických odlitků se kovová nebo skořepinová (písková) forma instaluje mimo osu otáčení (v určitém poloměru). Tato metoda odlévání se nazývá odstřeďování.

Nízkotlaké lití. Plnění formy taveninou a tuhnutí odlitku probíhá za minimálního přetlaku inertního plynu. Roztavený kov je obsažen ve vyhřívaném kelímku. K naplnění formy se do kelímku ponoří kovová trubka, kovový drát. Pod tlakem plynu kov z kelímku plynule stoupá potrubím do formy, čímž se eliminuje nadměrné promíchávání slitiny a tvorba plynových kapes a oxidových filmů. Proces plnění formy taveninou se snadno ovládá úpravou tlaku plynu, což zlepšuje kvalitu odlitku. Tímto způsobem se odlévají tenkostěnné velkorozměrové díly z lehkých slitin.

Elektrostruskové lití. Současně dochází k roztavení kovu a plnění formy v důsledku přetavení elektrod s požadovaným chemickým složením. Zdrojem tepla je strusková lázeň 4 (obr. 9.6), vyhřívaný procházejícím elektrickým proudem. Do krystalizátoru 6 nalije se roztavená struska speciálního složení. Do elektrod je přiváděn elektrický proud 7 a setí 1 na dně krystalizátoru. Strusková lázeň 4 zahřeje na 1700 °C, konce elektrod v něm ponořených se začnou tavit. Kapky roztaveného kovu padají struskovou lázní, jsou očištěny od škodlivých nečistot a tvoří kovovou lázeň 3. Tuhnutí odlitku 2 začíná na dně krystalizátoru v důsledku odvodu tepla stěnami. Elektrody, jak se taví, postupně stoupají nahoru. Tato technologie odlévání se používá pro výrobu válců pro válcovny, forem pro odstředivé lití trubek a klikových hřídelí pro velké lodní dieselové motory.

Squeeze casting. Stlačovací zařízení má dvě poloviny formy nainstalované navzájem pod úhlem (obr. 9.7). Mezi nimi je kovový přijímač pro nalévání kovu. Po nalití pohyblivá polovina formy 1 otočí, kov se vytlačí a vyplní dutinu 2 mezi polotvary. Přebytečný kov se nalije do pánve 3. Plnění formy a krystalizace odlitku probíhají současně. Metoda umožňuje získat tenkostěnné velkorozměrové odlitky s dobrou strukturou a vysokými mechanickými vlastnostmi.

Vakuové sací lití. Vodou chlazená odlévací forma 3 instalované na keramickém podkladu 2, v kontaktu s povrchem roztaveného kovu (obr. 9.8). Pokud je z formy odčerpáván vzduch, bude naplněna tekutým kovem z dávkovacího kelímku 1 v důsledku vakua vytvořeného vakuovou pumpou. Po vytvrzení odlitku 4, dutina formy je spojena s atmosférou a zbývající kov je nalit zpět do kelímku. Rychlost plnění formy taveninou je regulována stupněm zředění vzduchu. Metoda eliminuje vstup vzduchu do taveniny a umožňuje získat tenkostěnné odlitky se zlepšenými mechanickými vlastnostmi. Výhodou je získání kvalitních odlitků bez dodatečné spotřeby kovu na vtocích a zisk.

Kontinuální a polokontinuální lití. Do vychlazené kovové formy (krystalizátoru) se na jedné straně nalije tekutý kov a na druhé straně se z této formy vyjme ztuhlý kov a dále se chladí na vzduchu. V závislosti na průřezu formy je odlitek kruhová tyč nebo profil, trubka atd. Pokud je produkt odstraněn tažením válečků, proces se nazývá kontinuální. Pokud je vyroben odlitek dané délky, proces se nazývá polokontinuální.