Файл: Вяткин И.П. Рафинирование и литье первичного магния.pdf

Как видно из табл. 35, в протекторных сплавах рег­ ламентируются следующие примеси: железо, медь, ни­ кель, кремний. Эти примеси, особенно три первых, наи­ более вредны в магниевых и, в частности, про4екторных сплавах.

Сплавы высокой чистоты содержат примесей на 1—2 порядка меньше, чем сплавы обычной чистоты. Так, содержание железа в сплавах МЛ 16 и МЛІбв.ч. равно соответственно 0,03 и 0,003%. При этом электрохимиче­ ские параметры сплавов с низким содержанием примесей значительно улучшаются, увеличивается и срок их служ­ бы.

При выборе технологии литья и конструкции кокилей был учтен опыт работы машиностроительных и метал­ лургических предприятий. Он показал, что отливка тако­ го простого изделия, как протектор, сложными способа­ ми фасонного литья с 40—50% возвратных отходов (лит­ ники, прибыли и пр.) и индивидуальным обслуживанием каждого кокиля вряд ли оправдана. Вертикальное рас­ положение отливки в кокиле не. обеспечивало достаточно хорошего контакта стального стержня с магниевым спла­ вом из-за рыхлоты центральной зоны, а также являлось причиной изгиба закладного стержня вследствие, веро­ ятно, длительного охлаждения протектора в кокиле. Ко­ киль, кроме того, является источником сильного тепло­ излучения, что, особенно при его массе 150—200 кг, су­ щественно ухудшает условия его эксплуатации.

Наиболее приемлемым является, по-впДимому, способ литья в водоохлаждаемые изложницы, имеющий, как из­ вестно, ряд важных преимуществ: длительный срок служ­ бы, сокращение наличного парка изложниц, возможность осуществления направленного и быстрого затвердевания (что исключает изгиб контактного стержня), более бла­ гоприятные условия труда.

Изложница для отливки протекторов типа П-НЛМ-14 имеет следующее устройство. Лист из Ст. 3 толщиной 6—7 мм изгибали в горячем состоянии по форме протек­ тора. К наружной стенке формы приваривали кожух из листовой стали толщиной 3—4 мм. На днище кожуха с внутренней стороны приваривали стальные продольные направляющие для организации движения воды в излож­ нице. Подачу воды осуществляли в одной точке внизу

144

изложницы, отвод в двух точках сверху. Боковые стенки выполняли съемными и фиксировали в изложнице.

Несмотря на высокую скорость затвердевания в одной изложнице, для повышения производительности разлив­ ки была разработана схема совместной работы несколь­ ких водоохлаждаемых изложниц.

Холодная вода от сети (рис. 49) по трубопроводу по­ ступала в нижнюю часть бойлера, откуда после нагрева подавалась к изложницам. Нагрев воды в бойлере осу-

Рис. 49. Схема подачи горячей поды к группе водоохлаж­ даемых изложниц

ществляли с помощью острого пара. При необходимости в изложницы можно было подавать только холодную во­ ду. Если к качеству поверхности протекторов для нефте­ газовой промышленности не предъявляли специальных требований, то литниковую часть протекторов для судо­ строительной промышленности делали ровной для обес­ печения хорошего контакта между протектором и корпу­ сом судна.

На рис. 50 показано изменение конструкции изложни­ цы для отливки протекторов типа П-ИЛМ-14. Литнико­ вая часть протектора, отлитого в изложницу (рис. 50,а), для выравнивания поверхности нуждалась в механиче­ ской обработке. Такая конструкция изложницы требова­ ла отливки протекторов с большим припуском на обра­ ботку и дополнительных на нее затрат. Кроме того, большое количество образующейся стружки приводило к безвозвратным потерям металла.

В связи с этим была разработана изложница, при­ менение которой сокращает либо исключает механиче­ скую обработку протектора. На изложницу устанавли­ вали металлическую плиту (рис. 50,6), зона протектора

и облегчения питания жидким металлом зоны протекто-

Рнс. 50. Этапы улучшения конструкции изложницы для от­ ливки протектора П-НЛМ-14

ра литниковая часть приподнята па 250—300 мм и из­ ложница расположена под углом 30 град, к горизонту (рис. 50, г). Заливку металла выполняли в два. этапа: заливка основной порции металла и подливка при за­ твердевании.

Указанные конструктивные и технологические изме­ нения позволили получить протекторы с ровной поверх­ ностью, не требующей механической обработки.

Отливку протекторов осуществляют в одиночную из­ ложницу и в систему изложниц.

Последовательность отливки в одиночную изложницу следующая: подогревают собранную изложницу, залива­ ют металл, подают воду, затем отключают ее подачу. После отключения воды слиток определенное время на­ ходился в изложнице, которая, будучи нагрета теплом слитка, вновь готова к заливке металла. Такой метод

146

позволяет использовать для охлаждения тёплую и хо­ лодную воду непосредственно из цеховой сети. Наибо­ лее эффективен этот метод при отливке крупных протек­ торов массой 63 II 31 кг. В этом случае одной водоохлаждаемой изложницей можно заменить несколь­ ко чугунных.

При работе с несколькими водоохлаждаемымп из­ ложницами возникает необходимость подогревать воду перед подачей ее в изложницы для исключения конден­ сации влаги из воздуха при низкой его температуре.

Перед заливкой металла в изложницы подавали го­ рячую воду и разогревали их. Эта операция длилась обычно не более 5—10 мин.

Сборка каждой изложницы при отливке протекторов ПМ-10 состояла из установки боковых стенок и сталь­ ного стержня. В табл. 36 приведены основные техноло­ гические параметры литья протекторов.

ные изложницы, ПМ-10 — в систему изложниц

При разработке технологии отливки протекторов бы­ ли изучены теплотехнические особенности этого про­ цесса.

Количество тепла, содержащееся в жидком металле, заливаемом в изложницу, складывается из трех состав­ ляющих:

Qo6iu = Qn -1- Q:>,rrn ~ Г Q oxл>

где Qn — тепло перегрева металла, ккал; Q3aTB— тепло затвердевания, ккал;

Qox.n— тепло охлаждения слитка до температуры окружающего воздуха, ккал.

Тепло залитого в изложницу металла расходуется следующим образом:

ложница— с крышкой пли открытая, в тепловом балан­ се участвует та пли иная статья.

Подсчет статей производили по известным из общей теории теплообмена формулам [92].

2. ПОЛУЧЕНИЕ МАГНИЕВО-ТИТАНОВОЙ ЛИГАТУРЫ

Магниево-титановую лигатуру применяют при очист­ ке магниевых сплавов от примесей, а также используют для введения магния и титана в алюминиевые сплавы.

Сущность технологии получения лигатуры заключа­ ется в восстановлении титана магнием из его низших хлоридов в результате обменных реакций и образовании механической смеси восстановленного титана с жидким металлическим магнием.

В качестве исходного продукта для получения тита­ на использовали титансодержащий плав хлористых со­ лей, приготовленный иа основе отработанного электро­ лита карналлитовой схемы питания и содержащий низ­ шие хлориды титана. Среднее содержание двух- и трехвалентного титана в плаве составляло соответствен­ но 12,0 и 8,0%. На рис. 51 показана последовательность выполнения операций по приготовлению лигатуры.

В тигель заливали магний-сырец, разогревали, его до температуры 700—710° С и затем загружали туда плав в виде кусков размерами 100—150 мм. При этом низшие хлориды взаимодействовали с магнием.

Ускорению протекания реакций способствовало пере­ мешивание содержимого тигля с помощью механической

148

мешалки. Во избежание горения поверхность металла за­ щищали флюсом. После отстаивания в тигле образова­ лось три слоя, расположенных один над другим в зави­ симости от плотности каждого: внизу — титан, выше — хлористый магний, являющийся продуктом реакции, и балластные соли, входившие в состав плава и не уча­ ствовавшие в реакции. Магний размещался над солями. Магний и соли сливали, а в тигель с находящимся там титаном заливали свежую порцию магния, количество

Рис. 51. Последовательность операций приготовления магниево-титано­ вой лигатуры

которого определялось требуемым составом лигатуры. Магний и титан перемешивали насосом-мешалкой с од­ новременной выливкой полученной лигатуры в излож­ ницы.

В табл. 37 дан состав хлористых солей на различных стадиях получения лигатуры. Следует обратить внима­ ние на состав соли, полученной после реакции: высокое содержание хлористого магния свидетельствует о ее боль-

149

той вязкости, высоких температуре плавления іі степе­ ни гидролиза.

Предложенная технология обеспечивает получение магниево-титановой лигатуры с высоким содержанием титана. Во избежание ликвации титана в тигле и из­ ложнице лигатура в тигле при вылнвке должна активно перемешиваться, а затвердевание ее в изложнице долж­ но сопровождаться высокой скоростью охлаждения.

3. ТЕХНОЛОГИЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ и литья МАГНИЕВОЛИТИЕВЫХ СПЛАВОВ

В нашей промышленности, несмотря на большое ко­ личество исследований, эти сплавы практически не при­ меняют. Одна из причин этого — отсутствие промышлен­ ной технологии плавки и разливки сплавов.

Трудности плавки и разливки магнпеволитпевых сплавов заключаются в большой разнице между темпе­

0,534 г/см3, а также в высокой реакционной способности в жидком и твердом состоянии лития и сплавов. Поэто­ му необходимы определенные условия для их плавки, разливки и обработки.

В литературе очень мало сведений о конструктивном исполнении аппаратов и технологии плавки и разливки магниеволитиевых сплавов. Известны способы ведения плавки под слоем флюса, состоящего из LiF и LiCl. Од­ нако они не всегда обеспечивают получение кондицион­ ного материала. Имеются очень скупые данные о воз­ можности использования инертной атмосферы фирмой Brooks and Perkins и институтом Battell [93].

При приготовлении магниеволитиевых сплавов и, в частности, сплава ИМВ2 к шихтовым материалам, кро­ ме обычных, предъявляются дополнительные требова­ ния, ограничивающие содержание в них натрия. Работа­ ми зарубежных и отечественных исследователей уста­ новлено, что изменение содержания натрия в сплаве существенно ухудшает его пластичность. Допустимой ве­ личиной примеси натрия в сплаве, гарантирующей его необходимые механические свойства, можно считать

0,005% [94].

Источниками попадания натрия в сплав могут быть магний, легирующие компоненты, а также флюс, приме­

150

няемый при плавке. Использование флюсов для приго­ товления магниеволитиевых сплавов нежелательно, по­ скольку хлориды ухудшают антикоррозионные свойства сплавов. Кроме того, в хлористых солях содержится нат­ рий: так, в хлористом литии марок х. ч., ч. д. а, ч. сум­ ма примесей щелочных металлов, кроме лития, состав­ ляет 0,1; 0,2 и 0,5% соответственно. Регламентировать же количество применяемого в промышленной практике флюса достаточно трудно в связи с высокой окисляемостью сплава.

Поскольку содержание каждого легирующего компо­ нента в сплаве не превышает, как правило, 5%, то за­ грязнением натрием из них можно пренебречь.

Рассмотрим с точки зрения загрязнения натрием ос­ новные компоненты сплава: магний и литий. В табл. 38 приведены расчетные количества натрия, вводимые в 100 кг условного сплава, содержащего 10% лития, при различном содержании натрия в магнии и литии.

Т а б л и ц а 38

Количество натрия, вводимое с шихтой в сплав Mg+10% Li

Как видно из табл. 38, для приготовления сплава при­ годен только литий повышенной чистоты, содержащий не более 0,02% натрия. Чтобы содержание натрия в спла­ ве не превышало 0,005%, не следует применять магний, содержащий более 0,003% натрия.

Из табл. 38 также видно, что ничтожные количества натрия, содержащегося в магнии, независимо от коли­ чества лития, могут привести к загрязнению сплава нат­ рием. Фактическое содержание натрия в магнии при электролитическом получении последнего может коле­ баться в достаточно широких пределах и зависит от ус­

151