Целью плавки является получение жидкого алюминиевого сплава заданных химического состава, температуры и массы с минимальной затратой времени, труда и материалов. Поэтому в плавильных агрегатах литейных цехов машиностроительных заводов, как правило, предусматривается приготовление рабочего сплава из готового сплава с заранее заданным химическим составом. УМПО получает готовый сплав Ал32 (ГОСТ 1583-89) с Каменск-Уральского алюминиевого завода. Приготовление жидкого сплава в литейном цехе происходит в электрических индукционных тигельных печах промышленной частоты емкостью 6 т ИАТ-6М-2 и ИАТ-2,5М-1.Эти печи имеют высокую производительность и обеспечивают хорошие условия труда. Технологическая схема плавки и получения отливки приведена на рис.20, химический состав — в табл.4.
Печи ИАТ работают по принципу трансформатора, первичной обмоткой которого является водоохлаждаемый индуктор в виде спирали из медной трубы, а вторичной — металл, расплавляемый под действием индуктивного тока. Для размещения электрической части печи требуется отдельное помещение. В этих печах применяют набивные тигли из огнеупорных масс, например из жаростойкого бетона. Состав этой смеси приведен ниже, %:
Особенностью плавки в индукционных печах промышленной частоты является интенсивное перемешивание сплава, которое способствует созданию равномерной температуры по толщине жидкого сплава. Но при этом происходит нежелательный разрыв оксидной пленки на поверхности, замешивание ее в сплав и увеличение газонасыщенности. В целях устранения отрицательного действия бурного перемешивания сплава плавку ведут на менее форсированных режимах с некоторым понижением производительности, рафинированием флюсами непосредственно в печи и переходом на средние частоты. К настоящему времени разработана и внедрена среднечастотная печь ИАТ-04/08М4 емкостью 400 кг, получающая питание от тиристорного преобразователя.
В условиях массового производства и при относительно небольших емкостях раздаточных печей необходимо применять промежуточные миксеры. Например, на ЧТЗ в качестве промежуточных миксеров используются электропечи САН-1,25 и САК-0,5. Основную плавку ведут в печи ИАТ-2,5 М-1 без рафинирования. В результате выдержки сплава в миксерах пористость проб составляет 1-2 балла по сравнению с 3-4 баллами при работе без них. На УМПО применяют в комплексе печи ИАТ-6М-2 и электропечи-миксеры ЭПР5,5 емкостью 5,5 т, где готовый сплав находится 1-1,5 ч.
В условиях мелкосерийного производства печи САН и САК применяют в качестве плавильных. Характеристика наиболее часто применяемых печей приведена в табл.15. Расплавление металла в этих печах происходит за счет теплоты, излучаемой нагревательными элементами, а также теплоты, отраженной от свода и стенок, выложенных огнеупорным кирпичом. Недостатком данных печей является то, что в них нельзя рафинировать сплав и вести плавку под флюсом из-за опасности попадания брызг жидкого металла или флюсов на нагревательные элементы.
При больших масштабах производства рекомендуется использовать высокопроизводительные топливные камерные отражательные печи. Такие печи на природном газовом топливе применяют, например, в цехе литья под давлением на ВАЗе. Они состоят из двух спаренных крупных печей типа ИАТ емкостью 27 и 18 т с автоматическим регулированием температуры (средняя производительность 3,5 т/ч, а максимальная — 5 т/ч). Металл плавится в печи емкостью 27 т под слоем флюса при слабоокислительной атмосфере, содержащей 8- 9%СO2. Далее металл переливается в миксер емкостью 18 т, откуда подается центробежным насосом с пневмоприводом в нагретые до 750-760 °С ковши емкостью 900 кг. В ковшах проводят дальнейшую обработку металла: шлак удаляют шумовкой; сплав дегазируется таблеткой гексахлорэтана, которую вводят под колоколом (250 г на 900 кг сплава); вновь удаляют шлак и вводят 3 кг рафинирующего флюса марки МХЗ (52-57 % хлористого натрия, 30-35 % хлористого калия, 10-15% кремнефтористого натрия); сплав перемешивают шумовкой, выдерживают 1 мин, после чего опять удаляют шлак, а зеркало металла защищают металлическим флюсом в количестве 0,5 кг. Продолжительность обработки сплава в ковше не превышает 10 мин. Операции дегазирования и рафинирования считают законченными после полного выделения пузырьков газа из сплава.
Следует отметить, что постепенное растворение таблетки исключает выброс непрореагировавшего реагента на поверхность сплава. Таблетки гексахлорэтана, содержащие 87% гексахлорэтана, 12,7% хлористого натрия и 0,3 % ультрамарина, находятся там до прекращения дегазации.
Алюминиево-магниевые сплавы, имеющие повышенную склонность к окислению в жидком состоянии, плавятся под флюсом с введением бериллия. Плавка ведется в электропечах, в графитовом тигле с использованием графитового или титанового плавильного инструмента во избежание загрязнения сплава железом.
Шихтовка. В оптимальном варианте шихта состоит из готового сплава в виде чушек, получаемых с металлургического завода, и отходов собственного производства. Количество отходов (30-70 % массы шихты) устанавливают в зависимости от марки сплава, степени совершенства технологического процесса приготовления сплава и от требований, предъявляемых к качеству литых деталей. В тех случаях, когда готовый сплав не поставляют, производят шихтовку с применением лигатуры. Например, для приготовления сплава Ал32 в качестве шихтовых материалов применяют: алюминий первичный АО или А1 ГОСТ 11069-74 (СТ СЭВ-951-86); отходы собственного производства, соответствующие по химическому составу сплаву Ал32; силумин чушковый марок СИЛ-0 и СИЛ-1 (ГОСТ 1583-93); лигатуру Al-Ti с содержанием 3—5 % Ti; лигатуру Al-Mn с содержанием 8—12 % Мп; лигатуру Al-Cu с содержанием 45-50 % Сu; магний Мg90 (ГОСТ 804-93).
Шихту загружают именно в этой последовательности. Магний вводят в железном колокольчике. Температура сплава в момент введения магния не должна превышать 700 °С, во избежание его выгорания. При использовании специальной четверной лигатуры, поставляемой по заказу металлургическим заводом, уменьшается количество составляющих шихты, облегчается шихтовка сплава и резко повышается надежность получения сплава требуемого химического состава.
