Н.Г.
СлавяновН.Г.
СлавяновЭлектролитейная фабрика должна быть устроена на основании следующих соображений: 1) она должна быть по возможности несгораемая; 2) должна находиться как можно ближе к источнику электричества (к динамомашине или к батарее аккумуляторов); 3) должна заключать в себе следующие устройства и приспособления: а) электрический плавильник Славянова с приспособлением для удобного перемещения его по всем направлениям; б) устройство для подъёма тяжеловесных вещей, подлежащих обработке с помощью электрической отливки; в) приспособление для вентиляции фабрики; г) печь для подогревания вещей сложной формы перед электрической отливкой; д) вспомогательные приборы и мелкие инструменты.
Электрическая отливка совершается при помощи вольтовой дуги, оба электрода которой — металлические. Один из этих электродов должен иметь вид стержня и служить материалом для отливки, так как быстро плавится и по каплям постепенно наполняет нижерасположенную форму; толщина этого стержня зависит от располагаемой силы тока, которая должна быть приблизительно такова, чтобы приходилось около 8 ампер на каждый квадратный миллиметр площади поперечного сечения стержня. Другой электрод может иметь произвольную форму, т. е. представляет вообще обрабатываемый кусок металла (металлическую вещь) или же, в частном случае, может быть таким же стержнем, как и первый электрод, и также служить материалом для отливки, а именно — в случае отливки целых вещей или при приготовлении сплавов (см. главу III).
Оба
электрода быстро плавятся, и расплавленный металл первого электрода (имеющего
вид стержня) по каплям с него стекает, вследствие чего расстояние между электродами
(длина вольтовой дуги), а следовательно, и сила тока весьма быстро и неравномерно
изменяют свою величину; поэтому поддерживать этот электрод с помощью простой
рукоятки невозможно; необходимо автоматическое регулирование длины вольтовой
дуги. Устройство автоматического регулятора для этой цели может быть весьма
разнообразно; но очень удобным на практике оказался описанный ниже регулятор,
который можно назвать «электрическим плавильником».
Устройство его следующее. Вокруг центра О (фиг. 1) может колебаться рычаг L, который верхним своим концом сочленен с помощью ролика r с железным сердечником соленоидов SS'. Направляющими для движения сердечника служат две пары роликов r'. Толстая обмотка катушки S соленоида приготовляется из целого куска красной меди, имеющего форму трубки, стенки которой винтообразно насквозь прорезаны; такая обмотка не требует изолировки и не боится весьма сильного нагревания. Катушка соленоида S' приготовлена из тонкой изолированной проволоки. Нижний конец рычага L утолщен и имеет отверстие, через которое проходит круглая толстостенная железная (или стальная) трубка Т; эта трубка может свободно вращаться в отверстии рычага L с помощью рукоятки М и двигаться взад и вперед, если не нажать припорный винт W. Сквозь трубку T' проходит валик V, на одном конце которого укреплен диск d, служащий рукояткой для вращения валика, а на другом конце его насажен стальной зубчатый закаленный ролик r; два ролика r нажимаются на ролик r пружинным рычагом р с помощью кулака С и служат направляющими для движения расплавляемого стержня b. Груз Q уравновешивает всю подвижную систему и, кроме того, служит совместно с пружинами R для регулирования чувствительности прибора: если сила натяжения пружин такова, что равняется только избытку силы соленоида S в сравнении с силой ответвленного соленоида S', и груз поставлен на трубке Т' так, что уравновешивает только подвижную систему, то чувствительность регулятора (плавильника) будет наибольшая; но в таком случае плавильник не будет в состоянии поддерживать непрерывную вольтову дугу; он будет беспрерывно замыкать и размыкать ток — «скакать» для устранения этого явления необходимо умерить чувствительность прибора, что и достигается увеличением натяжения пружины и соответственным перемещением груза Q по направлению к диску d. Если натянуть пружины R слишком сильно, плавильник вовсе перестанет регулировать. Итак, когда плавильник «скачет», следует натянуть пружины; если не регулирует — ослабить их.
В рамке РР, служащей для предохранения глаз и лица рабочего от вредного действия вольтовой дуги, должны быть вставлены два красных и одно зеленое стекло, но для экономии полезно вставить еще одно простое бесцветное со стороны, обращенной к вольтовой дуге, потому что это ближайшее к жару стекло довольно часто лопается.
Все регулирующие и нажимные винты полезно смазывать салом, так как во время работы весь прибор иногда довольно сильно нагревается лучистой теплотой горячей обрабатываемой вещи.
При отливке с помощью двух плавильников, соединенных последовательно (двумя вольтовыми дугами), регулирующий прибор должен быть непременно дифференциальный, т. е. описанного выше устройства; при отливке же одним плавильником можно обойтись и без соленоида S', сделав пружины R более толстыми (сильными). Чем сильнее ток, которым работают, тем сильнее (толще) должны быть пружины R, а необходимая для работы сила тока, зависящая от диаметра расплавляемого стержня, достигается введением в цепь соответствующего сопротивления на реостате (см. далее о вспомогательных приборах). Путь тока: проводник а, изолированный зажим А, проводник L, обмотка соленоида S, гибкий проводник L', расплавляемый стержень, вольтова дуга, расплавленный металл из формовки или металлический стержень другого электрода. В случае дифференциального регулирования один из концов тонкой обмотки соленоида S' соединен с зажимом А, а другой — с зажимом А', который при работе двумя плавильниками должен быть соединен с зажимом А другого регулятора. Если работают одной вольтовой дугой, а имеют в распоряжении дифференциальный плавильник, то зажим его А' во время работы должен быть соединен тонким изолированным проводником (диаметром 1 мм) с зажимом (клещами, см. о вспомогательных приборах) полюса, соединенного с обрабатываемым предметом.
Работа с плавильником заключается в следующем: регулятор подвешивают над обрабатываемой вещью, которая должна быть предварительно более или менее подогрета; соединяют надлежащим образом проводники и вставляют расплавляемый стержень. Рабочий (литейщик) левой рукой держит за рукоятку М и направляет плавильник, а правой вращает диск d до прикосновения расплавляемого стержня со вторым электродом; тогда соленоид S втягивает в себя сердечник — образуется вольтова дуга; стержень b тотчас же начинает плавиться, и капли расплавленного металла падают в формовку. По мере расплавления стержня длина вольтовой дуги так быстро увеличивается, что если бы не было автоматического регулирования, ее невозможно было бы поддерживать. При увеличении длины вольтовой дуги сила тока уменьшается, пружины R начинают преодолевать силу втягивания соленоида S, и конец трубки Т' с расплавляемым стержнем опускается. Через большие или меньшие промежутки времени приходится от руки, с помощью, диска d, валика V и ролика r опускать стержень b, но это не представляет никакого затруднения, потому что регулятор исправляет погрешности руки, и вольтова дуга не прерывается.
Автоматическое регулирование дает возможность пользоваться током прямо от динамомашины, без посредства аккумуляторов, если только машина может развивать достаточную силу тока. Плавильник должен быть подвешен так, чтобы удобно было производить передвижение его по всем направлениям, но во избежание дороговизны такого устройства можно ограничиться изображенным на. фиг. 2, которое понятно из чертежа без объяснения и которое дает возможность поднимать и опускать плавильник с помощью маленького ворота В и передвигать его взад, и вперед по рельсу R при помощи противовеса Q; вес груза Q должен быть приблизительно равен весу плавильника.
Подъёмное устройство, очевидно, может быть произвольной конструкции, и при небольшой установке электрической отливки можно ограничиться дифференциальным блоком требуемой силы, в зависимости от веса обрабатываемых вещей.
Приспособление для вентиляции фабрики необходимо ввиду того, что при электрической отливке происходит выделение большого количества дыма, который есть не что иное, как пары расплавляемого металла. Дым этот, если он не удаляется непрерывно из фабрики, очень утомляет рабочих, а при отливке меди и её сплавов даже очень вреден для здоровья. Впрочем, практика показала, что совершенно достаточным приспособлением является большой напыльник с вытяжной трубой над горном или местом, где производится отливка. При отливке же в печи, описание которой помещено ниже, напыльник не нужен, так как печь сама вентилирует.
Над трубой полезно иметь приспособление для того, чтобы ветер не задувал в трубу.
При отливке меди и её сплавов дым бывает настолько густ, что мешает даже видеть вольтову дугу; поэтому во время отливки меди необходим ток воздуха или лёгкий сквозной ветер, дующий в таком направлении, чтобы дым относился направо от литейщика, управляющего плавильником; тогда литейщик, а также и его помощник (см. ниже об отливке) будут видеть вольтову дугу.
Всякая вещь перед электрической отливкой должна быть более или менее нагрета. Почти все железные и медные вещи (исключая очень большие) можно нагревать на открытом горне без дутья, т. е. на полу, причём нагреваемая часть вещи обкладывается для поддержания горючего материала (древесного угля) кирпичом насухо, в решетку. Так же могут быть нагреваемы и чугунные вещи простой формы. Вещи же чугунные сложные, которые от неравномерного нагревания могут лопнуть, а также вещи очень большие, которые невозможно обрабатывать электрической отливкой на открытом горне вследствие чрезмерного жара, необходимо подогревать в специальной печи, устройство которой видно на фиг. 3.
Топки этой печи (число которых зависит от размера печи) расположены ниже уровня пола так, чтобы в уровень с ним были рельсы rr, на которых устанавливают вещь; своды над топками сделаны из дырчатого кирпича или же из простого в решетку. Рабочее пространство печи частью разборное для удобства помещения в ней вещи, а также для того, чтобы его можно было увеличивать и уменьшать в зависимости от размера вещи.
Это достигается тем, что рабочее пространство печи ограждено только двумя постоянными стенками СС, в которых и помещаются вертикальные дымовые ходы, отводящие дым в боров D и далее в дымовую трубу, остальные же две стенки приходится закладывать кирпичом после помещения вещи, и они, очевидно, могут быть расположены в произвольном месте более или менее близко друг от друга. Таким образом, в зависимости от размера обрабатываемой вещи, рабочее пространство печи может занимать место над одной топкой или же над двумя и т. д.
Крышка над рабочим пространством съёмная и представляет железную решетку, частью заложенную кирпичом, а в незаложенных частях закрываемую маленькими крышечками.
Во время работы всегда должна быть открыта только одна такая крышка над тем самым местом, где производится отливка; во время остановок и эта крышечка должна быть закрыта. Кроме того, следует заметить, что во время отливки топка и поддувало должны быть закрыты и тщательно замазаны глиной. Все это необходимо для того, чтобы во время отливки тяга воздуха была извне в печь, через отверстие, не закрытое крышечкой; в противном случае, т. е. если не закрыть топки или поддувала или же, если в крышке печи будет большое отверстие, горячие газы и дым от отливки будут выходить в это отверстие и чрезвычайно затруднять работу, так как литейщик и его помощник должны находиться во время отливки на крышке печи, почти над самым этим отверстием, чтобы не жгло рабочим ноги, следует настилать на крышку печи необходимое количество деревянных досок, подложив под них, где следует, по одному кирпичу. В борове или в дымовой трубе должна быть задвижка для регулирования тяги. Эта задвижка должна быть более или менее открыта:
1) в начале нагревания;
2) когда печь уже прогрелась, при забрасывании горючего материала;
3) во время отливки для получения тяги извне в печь через крышку.
Задвижку должно закрывать: 1) когда печь, уже прогрелась, спустя несколько времени после забрасывания горючего, когда обильное выделение дыма прекращается, и 2) по окончании отливки, до полного остывания вещи вместе с печью.
Горючим материалом для такой печи могут служить каменный уголь или дрова, и чем длиннее пламя дает горючий материал, тем выше следует располагать вещь над сводами топок, для того чтобы пламя по возможности не действовало непосредственно на вещь, и вообще надо принимать все меры, чтобы вещь нагревалась постепенно и как можно равномернее.
Кроме необходимых приборов при динамомащине (амметра, вольтметра и замыкательного ключа), полезно иметь амметр и в электролитейной фабрике, если она отстоит на довольно большом расстоянии от машинного отделения; однако в этом амметре нет необходимости потому, что опытный литейщик по самому ходу работы легко может заметить, если ток слишком силен или слаб; в первом случае расплавляемый стержень нагревается докрасна по всей своей длине, а во втором — вольтова дуга с трудом поддерживается и бегает вокруг расплавляемого стержня.
Необходимы в электролитейной фабрике следующие вспомогательные приборы:
1) коммутатор для размыкания тока и перемены его направления;
2) реостат для включения в цепь требуемого сопротивления.
Оба эти прибора могут быть приобретены от компанионов изобретателя (Износков, С.-Петербург, М. Морская, 9) или же где бы то ни было и какой угодно конструкции, но, конечно, достаточных размеров по силе тока. Схема расположения этих приборов и плавильника изображена на фиг. 4, где D — динамомашина, А — амметр, V — вольтметр, М — стена, отделяющая машинное отделение от электролитейного, K — коммутатор, R — реостат.
Проводники от машины до коммутатора и проводник L от коммутатора до реостата могут быть приготовлены из сортовой меди или даже из железа, а проводники ZZ к плавильнику и обрабатываемой вещи должны быть изолированные и гибкие (т. е. приготовленные из тонкой проволоки). Эти гибкие проводники для удобства соединения их с зажимами приборов должны иметь наконечники, изображенные на фиг. 5. Наконечники должны быть припаяны к проводнику оловом, что может быть сделано следующим образом: облудив внутренность наконечника и конец кабеля, подогреть наконечник немного выше температуры плавления олова, положить в него немного этого металла и вставить облуженный конец кабеля в жидкое олово.
Каждый кабель, которых полезно иметь несколько штук в запасе, должен быть снабжен такими наконечниками на обоих концах; для соединения двух кабелей вместе удобна муфта, изображенная на фиг. 6 Для прикрепления проводника к обрабатываемому предмету служат клещи, изображенные на фиг. 7. В стаканчик d вставляется наконечник кабеля, а в зажим f — тонкий проводник дифференциального соленоида. Полезно иметь несколько таких клещей с различными расстояниями е между губами их для того, чтобы иметь возможность захватывать ими предметы различной толщины. Для вещей очень толстых употребляется приспособление, показанное на фиг. 8; оно состоит из железной полосы а, прикрепляемой к предмету струбцинкой c; полоса а может быть затем удобно зажата клещами (см. фиг. 7). Если вещь так велика и толста, что ее неудобно зажимать струбцинкой (например, наковальня, боек или баба парового молота и пр.), то железная полоса а может быть просто подложена под вещь и действием ее тяжести образовать с ней достаточно хороший контакт.
Для заформования и последующего нагревания вещей, сломанных на две или несколько частей, очень полезно иметь поворотный круг (диаметром 1—1,5 м) (фиг. 9), верхняя поверхность которого должна быть выстрогана; на этой правильной поверхности очень удобно собрать вместе сломанные части вещи и заформовать их, а затем при нагревании поворотный круг будет служить как бы колосниками для горючего материала; при отливке же его можно будет поворачивать (ломом, вставляя его в отверстия а) вместо передвижения плавильника, что часто представляется очень желательным.
Для работ часто повторяющихся полезно устраивать специальные приспособления для формовки — станки. Устройство их для всех возможных случаев предвидеть невозможно, но очень легко придумать для каждого данного случая; для примера укажем на следующие два станка.
Станок, изображенный на фиг. 10, служит для сборки, заформования и последующего нагревания сломанных на две части валов и вообще длинных предметов небольшого поперечного сечения; это не что иное, как чугунная плотовина с четырьмя стойками B, снабженными клинообразным вырезом; в этот вырез и помещаются две части сломанного вала — каждая на две стойки так, что место излома придется в середине между второй и третьей стойками, и зажимаются накладками, если вал толстый, или же припорными винтами W, если вал тонкий.
Полезно, чтобы стойки можно было передвигать по плотовине в зависимости от длины частей вала, для чего и служат прорезы пп; четыре колесика r служат для более удобного перемещения станка. Вал собирают на этот станок, причем он может быть совершенно выверен, заформовывают излом и тут же нагревают, устраивая искусственный горн из кирпичей вокруг места излома.
На фиг. 11 изображен станок для приготовления труб из листовой красной меди (например, паропроводных). Трубу загибают из листовой меди, заформовывают (о формовке см. ниже), кладут ее на ролики rr и тут же нагревают; заливка производится неподвижным плавильником, а труба передвигается вдоль своей оси с помощью рейки р и шестерни с.
При обработке стальных вещей почти всегда бывает необходимо в известное время (см. далее об отливке стали) поливать вещь близ обрабатываемого места водой; поливание можно производить прямо из сосуда, имеющего вид садовой лейки (фиг. 12), но ввиду того, что при этой работе рабочему очень трудно сохранить свои глаза от вредного действия вольтовой дуги, полезно иметь прибор для самодействующего поливания водой, изображенный на фиг. 13. Это не что иное, как сосуд с несколькими выпускными трубочками (вполне достаточно четырех), снабженными краниками k. Сосуд должен висеть на стене или вообще должен быть как-либо установлен на высоте 1,5 —2 м от пола фабрики для образования естественного напора. Если имеется вблизи водопроводная труба, то, конечно, еще удобнее брать воду из нее.
Выпускные трубочки, диаметр отверстий которых от 1/4 до 1/2. Соединяются с помощью резиновых или каких-либо других трубок е с железными наконечниками t, закрепляемыми в довольно тяжелых чугунных стойках s, которые можно бы было удобно поставить близ обрабатываемой вещи и направить наконечник t на любое место этой вещи; на наконечниках можно приспособить насадки различной формы, например дырчатые, вроде насадки у садовой лейки и пр. Имея в распоряжении такой прибор, достаточно открыть кран, чтобы начать поливание в тот момент, когда это потребуется.
Все присутствующие при электрической отливке должны закрывать свои глаза, а также и все лицо от вредного действия света вольтовой дуги цветными стеклами; наилучшей комбинацией стекол являются два красных и одно зеленое; из всевозможных испытанных на практике приспособлений (разного устройства масок) оказываются наиболее удобными деревянные рамки с деревянными же ручками, имеющие вид фиг. 14. Размеры рамок должны быть таковы, чтобы все лицо могло быть ими затенено. Хотя эти рамки имеют тот недостаток, что лишают рабочего возможности работать обеими руками, однако же они все-таки оказываются более удобными, чем маски, так как эти последние затрудняют дыхание рабочего и тем делают работу невыносимой. Пока рабочие не освоились еще с электрической отливкой настолько, чтобы всегда инстинктивно закрывать глаза рамкой, полезно заставить их надевать очки из простого красного стекла и, кроме этого, иметь в руке рамку.
На фиг. 15—27 изображены мелкие специальные инструменты, необходимые при электрической отливке.
Гладилка для формовки (фиг. 15), обыкновенно употребляемая в литейных фабриках.
Совок (фиг. 16) для засыпания формовки сухим песком и угольным мусором.
Ложка железная прямая (фиг. 17) для подбрасывания в жидкую металлическую ванну кусков металла и различных примесей. Таких ложек надо иметь несколько штук с рукоятками различной длины (от 1/2 до 1 м).
Ложка загнутая (черпак) (фиг 18) для выгребания песка и мусора из формовки.
Ломик с крючком (фиг. 19) для очистки формовки от разного сора, который к ней крепко пристал.
Ломик-зубило (фиг. 20) для той же цели.
Щипчики (фиг. 21) для того, чтобы доставать из формовки мелкие тяжелые частицы, которые нужно удалить, например, случайно попавшие кусочки металла, кусочки формовки и пр. Таких щипчиков нужно иметь несколько, различной длины (от 1/3 до 1 м).
Мехи ручные с длинным соплом для выдувания пыли из формовки перед отливкой.
Черпак для шлака (фиг. 22), употребляемый при большой стальной отливке, для удаления избытка шлака. Если опустить этот черпак, который есть не что иное, как простой железный кружок (30—50 мм в диаметре и толщиной около 5 мм), прикрепленный к железной рукоятке, в жидкий шлак и тотчас же вынуть, то черпак окажется покрытым шлаком; затем следует опустить его в воду и, наконец, ударить об пол — шлак расколется и соскочит с черпака.
Щупалка (фиг. 23) есть не что иное, как проволока диаметром 1—3 мм, и употребляется для определения глубины жидкой металлической ванны, что необходимо делать во время отливки как можно чаще для того, чтобы иметь возможность поддерживать эту глубину требуемой величины. Таких щупалок следует иметь всегда несколько штук в запасе.
Держалка (фиг. 24) для поддержания металлического стержня, который опускают иногда в металлическую ванну для охлаждения ее и ускорения отливки (этот стержень будет плавиться).
Пропарка или зажим для угольного стержня (фиг. 25), которым иногда бывает нужно обработать отлитый чугун («пропарить») для обогащения его графитом (для размягчения). Эта пропарка при работе должна быть вставляема в плавильник вместо расплавляемого стержня. Пропарок полезно иметь две: одну с загнутым стержнем п, как показано на фиг. 25, а другую — с таким же прямым, длинным на случай, если расстояние от плавильника до обрабатываемой вещи велико, например, когда эта вещь обрабатывается в описанной выше печи, изображенной на фиг. 3.
Рейка (фиг. 26), квадратный стержень с клещами внизу, для зажимания расплавляемого стержня. Эту рейку вставляют в плавильник вместо расплавляемого стержня (а этот последний — в клещи рейки) в том случае, если обрабатываемое место вещи находится далеко от плавильника, например внутри длинного цилиндра и пр.
Набойка (фиг. 27) для проковки (при помощи балды или молотка) только что отлитой и застывшей стали или железа. Набоек следует иметь несколько, различного размера.
Кроме этих специальных инструментов, в электролитейной фабрике должны находиться: слесарные ножницы для разрезки тонкого листового железа, из которого обыкновенно приготовляются опоки (коробки) для формовки, наковальня, молотки, балда, слесарные тиса, слесарные пилы крупной насечки для приготовления частей формовки из прессованного кокса и пр.
