Динамо-машины  Применение индукционного нагрева 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 [ 16 ] 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39

и стойкость футеровки тигля изменится, усилится влияние футеровки на качество цветного литья.

Более тяжелые условия создаются в печах для плавки и переплавки цинка. Как известно, цинк является легкоплавким и очень агрессивным металлом, поэтому к плавильным печам предъявляются особые требования. Существенным фактором, определяющим надежность непрерывной плавки цинка, является футеровка ванны, если она изготовлена из огнеупорной смеси или из металлического муфеля металла.

Печь для плавки чушкового цинка может одновременно использоваться и как плавильная, и для цинкования деталей. Равномерная загрузка цеховой электросети обеспечивается включением индукторов в каждую фазу. Печь канальная с горизонтальными каналами в каждой фазе, соединенными дополнительными каналами с общей ванной. Однофазный индуктор с железным сердечником включен первичной обмоткой в сеть. Вторичной обмоткой является канал, заполненный цинком. Индукторы вынесены за пределы футеровки основной ванны и связаны с ней только литейным каналом. Печь работает на промышленной частоте, мощность печи до 300 кВт. Литейный канал является устьем вторичной обмотки индуктора и расположен несколько ниже минимального уровня выработки ванны цинкования. .

Ванна цинкования имеет 7 т расплавленного цинка. Рабочая поверхность футерованного огнеупором тигля выполнена в форме прямоугольника, разделенного на две равные части перегородкой с общим вытяжным зонтом вентиляции над зеркалом расплава. Каждая из этих частей является рабочей полуемкостью, в которой осуществляется цинкование радиаторных трубок трактора. Таким образом, ванна цинкования является двухпозиционной: цинкование производится окунанием радиатора и последующим охлаждением его в водном растворе.

Первоначально процесс цинкования радиаторных трубок осуществлялся в печах сопротивления с металлическим муфелем. В результате контакта с цинком муфель часто проплавлялся и разрушал всю печь. При переходе на индукционную плавку в жароупорной футеровке способ цинкования радиаторных труб стал в несколько раз эффективнее.

Плавка металла в вакууме непосредственно для литья тракторных деталей не используется, но имеет важное значение при диагностике и химическом анализе расплавов и сплавов. С помощью вакуум-спектроанализа определяется влияние атмосферы рабочего пространства плавильной печи, выполняется химический анализ расплава и литья.

С помощью литья в вакууме производится расплав контрольных образцов в индукционном тигле высокочастотной установки типа ЛЗ-3 в комплекте с автоматическим прибором АПОВ-1, разработанным Ленинградским политехническим институтом им. М. И. Калинина. Здесь же определяются содержание водорода

в стали й его влияние на расплав. Было выявлено, что на Прочностные характеристики барабана коробки перемены передач трактора К-701 значительное влияние оказывает процентное содержание водорода в стали [20].

12. Состав футеровки

В тигельных и канальных индукционных плавильных печах токо-ведущий провод индуктора отделен от расплавленного металла термо- и электроизоляционной защитной прослойкой, которую принято называть футеровкой печи.

Ф утеровка любой печи является конструктивным ее элементом, наиболее подверженным разрушению, так как непосредственно соприкасается с расплавляемым металлом, т. е. находится в очень агрессивной среде. В то же время футеровка по своему составу, физическим и химическим параметрам имеет конечную механическую прочность и вступает в реакцию с расплавом, поэтому в значительной степени определяет среднюю производительность печи, стоимость и качество литья. Для тигельной и канальной печей футеровка имеет принципиальные конструктивные отличия.

По составу материалы, содержащиеся в футеровке для обоих типов печей, могут быть одинаковы, но в зависимости от индивидуальных свойств по-разному реагируют на соприкосновение с горячими металлами, шлаками и газом и делятся на основные, кислые и нейтральные. Такое разделение футеровка имеет в зависимости от исходных материалов, из которых она выполнена.

Состав основной футеровки, применяемой в ПО laquo;Кировский завод raquo;, содержит минеральное волокно на жидком стекле. Кислая футеровка выполняется из материалов, имеющих в своем составе кремнезем, включая шамот. Содержание окиси кремния здесь должно быть не менее 92-98%. Нейтральная футеровка содержит преимущественно амфотерные окислы типа хромитографито-вых, цирконовых и других, а также тугоплавкие соединения типа карбидов, боридов, нитридов и т. п.

На свойства футеровки влияют изменения в составе и массовом соотношении связующего вещества, а также комплексное соотношение связки и огнеупоров. С целью повышения срока службы огнеупорного покрытия в него добавляют графит, связку в виде огнеупорного лака -и клея и алюм.иниевую пудру, причем массовое соотношение компонентов следующее: 35-40% графита, 35-40% огнеупорного лака, 10-15% клея, 10-15% алюминиевой пудры.

В ПО laquo;Кировский завод raquo; для повышения стойкости и долговечности защитного огнеупорного покрытия применяется совершенно другой состав компонентов (табл. 12); их соотношение: 34-40% хромистой руды, 39-45% бывшего в употреблении сводового хромомагнезитового кирпича, 18-24% высокоглиноземистого цемента марки 400, 500. Это огнеупорное покрытие используется для футеровки индукторов и обладает рядом особенностей. Такой состав, например, имеет более высокую термине

Таблица 12. Состав футеровки по типам иабивки (массовая доля, %)

Состав футеровки

Футеровка

Тонкомолотый магнезит Шамотный порошок Шамотный

щебень Жидкое стекло Кремнефтори-стый натрий

10-15

5-20 5-20 7-12

.у о у;

я га д

Состав футеровки

Футеровка

eg 5 тс

я та ц;

Глинозем Высокоглиноземистый

цемент Минеральное

волокно Жидкое

стекло Стекловолокно Фосфатная

связка

20-35 10-15

160-70 40-30

60-70 40-30

скую стойкость при нагреве до температуры 1400-1700 deg; С и быстром охлаждении индукторов с футеровками, выполненными на основе сырого магнезита и шамота с некоторыми связу1 lt;гш,ими добавками типа кремнефтористого натрия и т. п., или на основе кварца и шамота, или шамота и стекловолокна.

На свойства огнеупорной футеровки оказывают также влияние полный химический состав и, более того, месторождение составляющих материалов.

Один из применяемых огнеупорных материалов [4] получен из магнезита Саткинского месторождения, содержащего от 2,2 до 8,7% окиси кальция, и хромита состава (%): 52,3 С2О3; 15,0 MgO; 5,5 ЗЮ; 0,8 СаО; 23,6 { ф + AlA)-

Химический состав огнеупора, полученный в процессе обработки этих материалов, имеет следующий вид (%): 61,2-75,2 MgO; 9,25-19,0 СГ2О3; 2,7-3,4 SiO; 6,5-9,9 (FeA + AlA); 1.68- 5,9 СаО. Изготовление его требует сложных технологических операций, таких, как обжиг при температуре до 1600 deg; С, прессование под высоким давлением - 1000 Па и пр., поэтому он может применяться для футеровки только в виде кладки, а не засыпки. В то же время другой состав имеет по химическому анализу вид (%): 31,1 MgO; 25,3 CrOa; 6,5 SiO; 20,2 (МОз -f FeA); 13,5 СаО; 0,5 (NagO + K2O); 2,48 прочие примеси. Этот химический состав позволяет получить огнеупорный материал с более высокими механическими и термическими свойствами, а способ его применения в качестве футеровки индукторов заключается в заливке водой, нанесении на токопровод при комнатной температуре и виброуплотнении с последующей просушкой при 200-300 deg; С.

Высокообжиговый огнеупор обычно приобретает жароупорные свойства при обработке химически чистых окисей хрома, магния и кальция с содержанием окиси магния около 50% и окиси каль-

ция не более 6%, что требует наличия специального оборудования и снижает применяемость огнеупора в массовом производстве непосредственно на литейных площадках.

Высокоогнеупорные магнезитохромитовые изделия из магнезитовых порошков с повышенным содержанием окиси кальция (СаО) можно получить без значительного ухудшения характеристик по сравнению с обычными магнезитохромитовыми изделиями с малым содержанием СаО. Это удается при следующих условиях. Хорошо известно применение в качестве огнеупорных футеровок смесей высокоглиноземистого цемента с хромитовой рудой и магнезитом, боем хромомагнезитовых изделий, а в последующем и (в качестве наполнителя) с боем бывшего в употреблении сводового хромомагнезитового кирпича.

Качественное отличие огнеупоров данного класса заключается в том, что природа заполнителя (магнезита, хромомагнезита и т. п.) влияет на степень спекания бетонных масс, их прочность, деформируемость, теплостойкость; огнеупор с заполнителями из боя магнезитового кирпича имеет пониженную устойчивость к деформирующим усилиям в нагретом состоянии. Эти огнеупоры имеют в своем составе 10-15% цемента и 85-90% хромитовой руды или боя хромомагнезитового кирпича.

Анализ химического состава разных бетонов на этой основе и эксперименты показывают, что уменьшение количества высокоглиноземистого цемента в бетоне ниже 18% приводит к снижению его прочности. Это объясняется уменьшением цементирующей массы в виде силикатов (двухкальциевого силиката и мервинита). Однако в обычных огнеупорах увеличение силикатов не повышает их жароупорных свойств, так как они вступают в реакцию с магнезиальной шпинелью с образованием легкоплавкой эвтектики. Этому способствует наличие в бетоне большого количества окиси магния (MgO). В жароупорном бетоне, применяемом в ПО laquo;Кировский завод raquo;, этого процесса не наблюдается. Значительное уменьшение MgO (с 60 до 31 %) с одновременным увеличением СаО и AI2O3 соответственно до 13,5 и 20% позволяет получить качественно новые параметры бетона. При сохранении высоких механической прочности и огнеупорности в качестве составляющих огнеупора можно использовать более крупные их зерна. Бой бывшего сводового хромомагнезитового .кирпича можно размалывать до размеров зерна не более 7 мм, тогда как в обычных огнеупорах зерновой состав шихты составляет примерно 50% дробленого магнезита фракции 0-1 мм и 50% тонкомолотой составляющей, где 90% магнезита и хромита имеет фракцию мельче 0,6 мм. Бывший в употреблении сводовый кирпич проходит перекристаллизацию в процессе работы пеЧИ, поэтому его размол повторно можно использовать с более крупной фракцией.

Футеровка индуктора сохраняет высокую прочность при наличии вибраций, возникающих в результате воздействия на токопровод магнитодинамических сил от магнитного поля.

4 в. д. Сидоренко 97

Параметрами, влияющими на свойства огнеупорной массы, являются также плотность, склонность к усадке или вспучиванию. Для компенсации усадки огнеупорной массы при изготовлении безобжиговых магнезитовых, магнезитохромитовых и хромо-магнезитовых футеровок в нее вводят 5-15% высокоглиноземистого шлака зернистостью от 0,5 до 2 мм с содержанием не менее 70% AI2O3 и не более 6% СО.

Вакуумные и индукционные плавильные печи имеют футеровку, как правило, состоящую из нескольких слоев: внутренний слой - из сплавленной извести, доломита или сплавленных магниевых кирпичей; уплотненный слой - из гранулированной спеченной окиси магния или стабилизированной окиси циркония. Дополнительно может быть установлен стальной муфель, внутри которого находится также утрамбованный третий слой - из кварцита, корунда или шпинеля, который с внутренней стороны покрыт стекловолокном, асбестом или смесью, содержащей кварц.

Футеровка имеет основание из огнеупорной глины и утрамбованный под, выполненный из сухой сплавленной окиси магния. Слой из огнеупорных кирпичей, между которыми может распыляться сухая окись магния в нижней части садки, выполнен из сплавленной извести или доломита. Верхние кирпичные кольца, контактирующие со шлаком, набираются предпочтительно из сплавленного доломита или сплавленной окиси магния. В том или ином варианте подобные многослойные футеровки используются повсеместно.

Основные требования, предъявляемые к составу футеровки, сводятся к следующему.

1. Состав футеровки должен обеспечить высокую термическую стойкость, а именно сохранение постоянства объема при частых и резких изменениях температуры, что особенно характерно для тигельных бессердечии ко вых печей.

2. Футеровка должна длительное время работать при температурах выше температуры расплава и обладать химической инертностью к окружающей среде (воздух, металл, шлак, окислы и т. п.).

3. Состав должен иметь низкие тепло- и электропроводность при колебаниях температуры от комнатной до 1700 deg; С.

4. Хорошая спекаемость составляющих должна сопровождаться высокой механической прочностью, особенно к вибрациям.

5. Футеровка должна минимально загрязнять расплав и окружающую среду, иметь в своем составе как можно меньше влаги и водорода и при всех этих хороших качествах обладать небольшой стоимостью.

13. Способы получения огнеупорной футеровки

Способ получения огнеупорной футеровки является важным фактором (как и состав футеровки), определяющим ее качество и применяемость. Для всех типов печей известны дваосновных способа изготовления футеровки: формовкой непосредственно 98

в печи и за ее пределами. Эти способы имеют различные варианты: набивка тигля по шаблону из металла, шамота, графита и другими сухими футеровочными материалами; набивка тигля увлажненными или сырыми (жидкотекучими) материалами с последующей сушкой; кладка футеровки фасонным кирпичом; послойная наварка или напыление футеровки и др.

Внепечное изготовление футеровки сопровождается теми же приемами, но кроме шаблонов должны быть специальные сборно-разборные пресс-формы. При всех способах выполняется минимальный объем работ (общий и обязательный) и соблюдается последовательность их выполнения. В объем работ по футеровке печи входят: подготовка исходных материалов, заключающаяся в дроблении, измельчении, просеивании и т. д. составных материалов, приготовлении огнеупорной смеси в определенной последовательности; формовка или набивка тигля огнеупорной массой; термическая обработка тигля (сушка, спекание, обжиг и т. д.).

Общепринятые приемы выполнения футеровки известны; представляет интерес, как тот или иной технологический признак влияет на ее конечные свойства. Если по условиям технологии требуется нагревать футеровку под сушку, например до температуры 200-400 deg; С, то этот нагрев можно выполнить простым факелом от горелки природного газа, в сушильном шкафу или микроволновым облучением с частотой до 25 ООО МГц. Во всех случаях результат будет различным.

Известно, что при внепечном способе изготовления футеровка на участке изготовления или при длительном хранении в другом месте разрушается и изменяет свои исходные свойства. Для длительного хранения футеровок разработан индивидуальный способ. Иногда футеровочный материал или форма для плавильных устройств включает в себя смесь каолиновых минералов (например, пластической шамотной глины) и кварцевый минерал (например, песок). Смесь замешивают на воде с массовым содержанием влаги 5-10% и заливают топливной нефтью - тугоплавкая футеровоч-ная смесь, или форма, готова к длительному хранению.

После хранения или непосредственно в процессе формовки на печи смесь должна быть подготовлена к работе, для чего принимают меры к отверждению огнеупорного слоя. Если, например, футеровка составлена на основе огнеупорного окисла и сухого несвязывающего спекающегося материала, то затвердевающий при нагревании связывающий агент наносят только на внутреннюю поверхность облицовки тигля слоем толщиной 1-8 мм, а остальную массу спрессованного материала связующим реагентом не обрабатывают.

В качестве отвердителя применяют полифосфат алюминия, силикат натрия, сульфитный щелок и т. д., а в качестве спекающего материала - борную кислоту. Это значительно сокращает время подготовки печи к плавке и устраняет операции обжига.