Разливка стали. Способы повышения качества стали.

Для разливки чаще всего используют стопорные ковши, сварной массивный кожух который выкладывается огнеупорным шамотным кирпичом. Специальный стопор, представляющий собой штангу с нанизанными на нее цилиндрами из шамота, закрывает отверстие в днище ковша. С помощью рычажной системы стопор можно поднимать вверх, открывая отверстие и давая возможность жидкой стали заполнять литую чугунную изложницу. Насадка из теплоизоляционного материала позволяет замедлить охлаждение верхней части слитка, что обеспечивает благоприятные условия питания слитка в процессе его затвердевания и увеличивает его плотность. Глуходонные изложницы применяются, как правило, для крупных слитков массой 10...100 т.

Улучшить качество металла можно уменьшением в нём вредных примесей, газов, неметаллических включений. Для повышения качества металла используют: обработку синтетическим шлаком, вакуумную дегазацию металла, электрошлаковый переплав (ЭШП), вакуумно-дуговой переплав (ВДП), переплав металла в электронно-дуговых и плазменных печах и т. д.

Вакуумная дегазация проводится для уменьшения содержания в металле газов вследствие снижения их растворимости в жидкой стали при пониженном давлении и неметаллических включений.

Вакуумирование стали проводят в ковше, при переливе из ковша в ковш, при заливке в изложницу.

Производство титана.

Титан относится к числу широко распространенных в природе металлов, его содержание в земной коре превышает 0,6 %.

Самым распространенным сырьем для выплавки титана является ильменитовый концентрат. В ходе производства концентрат проходит три основных стадии переработки: получение титанового шлака, получение тетрахлорида титана и производство титана и тетрахлорида.

Плавку концентрата проводят в электродуговых печах, куда загружают восстановитель и концентрат и прогревают до температуры порядка 160 градусов. В результате химической реакции образуется титановый шлак, содержащий большое количество оксида титана.

Следующим этапом выплавки титана является хлорирование полученного шлака, которое осуществляется в шахтных хлораторах. Полученный в результате хлорирования тетрахлорид восстанавливается при помощи магния или натрия в специальных герметичных печах-ретортах. В результате восстановления тетрахлорида получают чистый титановый сплав.

Производство магния.

Нагний относится к числу широко распространенных металлов. Его удержание в земной коре превышает 2,3 %. Встречается он в виде следующих минералов: магнезита, даломита, карноллита, бишофита.

Независимо от вида исходного сырья процесс получения магния можно разбить на три периода: подготовку сырья, получение из него магния и рафинирование. Магний можно получать термическим и электролитическим способами. Последний способ применяется наиболее часто, сущность которого заключается в получении чистых безводных солей магния, электролизе этих солей в расплавленном состоянии и рафинировании металлического магния.

Термические способы получения магния. За последние годы термические способы производства магния получили широкое распространение вследствие своей простоты. Сущность термических способов состоит в восстановлении окиси магния или нефтяным коксом в смеси с каменноугольным пеком, или металлами, сплавами и карбидами металлов (например, алюминием, ферросилицием, карбидом кальция и др.)

Производство алюминия.

Алюминий относится к наиболее распространенным в земной коре металлам. Он встречается в виде смеси оксидов алюминия, кремния и железа.

Технологический процесс производства алюминия разбивается на три этапа: извлечение глинозема из руд, его электролиз с целью получения алюминия и рафинирование.

Наибольшее распространение имеет мокрый щелочный способ. Этим способом перерабатываются бокситы с низким содержанием кремнезема (2...3 %). Боксит при этом сушат, дробят, размалывают в шаровых мельницах и обрабатывают концентрированной щелочью для перевода гидрата оксида алюминия в алюминат натрия. Алюминат натрия (NаА1О2) переходит в водный раствор, а другие примеси, не растворяющиеся в щелочах, выпадают в осадок и отфильтровываются. Часть кремнезема также переходит в осадок, остальная его часть растворяется в щелочи и загрязняет водный раствор. В связи с этим для очищения раствора требуется повышенный расход едкого натра.

Отфильтрованный водный раствор алюмината натрия поступает в специальные аппараты — самоиспарители, где происходит гидролиз алюмината натрия и выделение гидроксида алюминия:

Полученный гидроксид алюминия направляется на фильтрование, а затем промывается и поступает в печь, где при температуре 1200 °С прокаливается. В процессе прокаливания получают чистый глинозем.

Производство меди.

В земной коре содержится около 0,01% меди. Обычно это сульфидные руды, состоящие из смеси CuS, Cu2S и FeS. Среднее содержание меди в рудах менее 3 %, пустая порода состоит из песка, глины и известняка. В связи с низким содержанием меди руды подвергаются обогащению.

Извлечение меди из руд производится двумя способами: пирометаллургическим и гидрометаллургическим. Первый чаще применяется для сульфидных, а второй - для оксидных руд.

Гидрометаллургический способ – получение меди путём её выщелачивания слабым раствором серной кислоты и последующего выделения металлической меди из раствора. Метод используют при переработке бедных руд, он не позволяет извлекать попутно с медью драгоценные металлы.

Получение меди пирометаллургическим способом состоит из обогащения, обжига, плавки на штейн, продувки в конвертере, рафинирования.

Обогащение медных руд производится методом флотации и окислительного обжига.

Метод флотации основан на использовании различной смачиваемости медьсодержащих частиц и пустой породы. Сущность флотации состоит в избирательном прилипании некоторых минеральных частиц, взвешенных в водной среде, к поверхности пузырьков воздуха, с помощью которых эти минеральные частицы поднимаются на поверхность. Метод позволяет получать медный порошкообразный концентрат, содержащий 10…35 % меди.

Медные руды и концентраты, содержащие большие количества серы, подвергаются окислительному обжигу. В процессе нагрева концентрата или руды до 700…800 0C в присутствии кислорода воздуха сульфиды окисляются и содержание серы снижается почти вдвое против исходного. Обжигают только бедные (с содержанием меди 8…25 %) концентраты, а богатые (25…35 % меди) плавят без обжига.

Изготовление отливок в разовых песчаных формах.

Сущность процесса получения отливок заключается в том, что расплавленный металл определенного состава заливается в литейную форму, внутренняя полость которой с максимальной степенью приближения воспроизводит конфигурацию и размеры будущей детали. В ходе дальнейшего охлаждения металл затвердевает, сохраняя приданную ему форму. Из всех известных способов формообразования (ковка, обработка резанием, сварка, порошковая металлургия и т. д.) литейная технология наиболе эффективна, так как позволяет получать изделия необходимой конфигурации непосредственно из расплава при сравнительно небольших затратах энергии, материалов и труда.

Эффективность литейной технологии объясняется ее универсальностью, позволяющей получать изделия из сплавов практически любого состава массой от нескольких граммов до сотен тонн. Литейная технология может быть реализована различными и весьма многообразными способами, но доминирующей пока остается технология получения отливок в разовой песчаной форме.

Последовательность операций изготовления отливки: изготовление модельного комплекса; приготовление смесей; изготовление формы; изготовление стержня; сборка и заливка формы; выплавка сплава; выбивка формы; удаление стержня; обрубка литников;

Очистка.

Литейные свойства сплавов: жидкотекучесть.

Жидкотекучесть – это способность металла заполнять литейную форму и воспроизводить очертания ее внутренней полости. Существует несколько методов оценки жидкотекучести, но наиболее распространено устройство в виде длинного тонкого канала, обычно свернутого в спираль, по длине заполнения которого судят об уровне жидкотекучести. При низкой жидкотекучести расплава возможен брак отливок по недоливам и спаям.

На жидкотекучесть оказывают влияние свойства формы и расплава. С ростом коэффициента теплопроводности, содержания влаги и теплоемкости смеси жидкотекучесть сплава падает, так же как и при росте коэффициента теплопроводности сплава, поверхностного натяжения на границе расплав — воздух и ширины температурного интервала кристаллизации сплава. Основным фактором, с помощью которого удается регулировать жидкотекучесть, является температура перегрева расплава.