Piec żeliwniak jako przykład maszyny odlewniczej używanej w metalurgii

Odlewnictwo jest techniką wytwarzania metalowych przedmiotów o wymaganych kształtach i wymiarach. Maszyny odlewnicze używane do tego procesu wypełniają formy ciekłym metalem. Stworzono kategorie podstawowych właściwości odlewniczych, na które składają się: lejność, skurcz odlewniczy, skłonność do tworzenia jam skurczowych, skłonność do tworzenia w odlewach naprężenia wewnętrznego.

Czym jest lejność?

Lejność jest czynnikiem wynikającym z wynikające z natury metalu, jej składu chemicznego, zakresu temperatury krzepnięcia, ciepła właściwego, pojemności cieplnej, napięcia powierzchniowego i rodzaju wtrąceń niemetalicznych. Jest ściśle związany z formą odlewniczą, jej ukształtowaniem, własnościami materiału formy i jakością powierzchni formy. Wpływ na lejność ma również temperatura, stopień przegrzania materiału i czas zalewania formy. Z kolei skłonność do tworzenia jam skurczowych jest spowodowana zmniejszeniem się objętości metalu podczas stygnięcia w stanie ciekłym oraz w czasie krzepnięcia. Objętość i umiejscowienie jamy jest zależne od rodzaju metalu, konstrukcji odlewu, warunków odlewania, zwłaszcza gdy nie ma uzupełniania metalu. Czynnik taki jak skłonność do tworzenia w odlewach naprężenia wewnętrznego jest spowodowanych nierównomiernymi możliwościami swobodnego kurczenia się metalu we wnętrzu formy odlewniczej.

Rodzaje maszyn odlewniczych

Główne maszyny odlewnicze używane w przemyśle metalurgicznym to na przykład piece do wytapiania żeliwa. Obecnie w metalurgii zastosowanie znajdują głównie piece paliwowe Żeliwiaki, a także znacznie rzadziej używane obrotowe piece gazowe, oraz piece elektryczne, zarówno łukowe jak i indukcyjne. Przed wyborem tych pieców metalurgicznych uwzględnia się takie kryteria jak: rodzaj wytapianego żeliwa i wymaganą temperaturę jego przegrzania, skład chemiczny i zawartość wtrąceń niemetalicznych, metodę produkcji odlewów na przykład czy będzie to produkcja masowa, seryjna, jednostkowa, ciągła lub okresowa. Dodatkowe kryteria to koszt energii oraz materiałów wsadowych i ogniotrwałych oraz wymogi z zakresu ochrony środowiska.

Charakterystyka żeliwniaków

Żeliwiaki jako maszyny odlewnicze używane w metalurgii są najstarszymi i cały czas jeszcze najpowszechniej stosowanym piecami odlewniczymi. W porównaniu z innymi piecami paliwowymi mają największą  sprawność cieplną. Dodatkowo mają wysoką wydajność godzinową oraz ciągły charakter pracy, który pozwala na łatwe przystosowanie go do zmiennych warunków pracy formierni. Bardzo chętnie stosowany jest żeliwniak koksowy, w którym wykorzystywane są naboje wsadu metalowego na przemian z nabojami koksu i topnika.

Są one opuszczane w dół szybu, do stref topienia i spalania. Gorące  gazy żeliwiakowe unoszą się do góry, a zatem w przeciwprądzie w stosunku do materiałów wsadowych, nagrzewając i topiąc wsad metalowy oraz przegrzewając ciekłe żeliwo. Ciekłe żeliwo wraz z ciekłym żużlem, gromadzone jest w kotlinie żeliwiaka skąd spuszczane jest w sposób ciągły lub okresowy. Jeżeli żeliwiak jest zbudowany wraz z zbiornikiem proces zachodzi w zbiorniku a nie kotlinie.