Строение и дефекты слитка кипящей стали.

( Раскислена только Мn, много О₂ в металле, при кристаллизации металла выделяется большое количество газа СО^ который вызывает эффект «кипения»).

При кристаллизации слитка не образуется почти усадочная раковина; усадка стали рассредоточена по полостям газовых пузырей, возникающих, при кипении стали в изложнице (рис. 7, б). При прокатке газовые пузыри завариваются. Кипение стали увеличивает зональную ликвацию, по сравнению со спокойной сталью. C, S, P выносятся в верхнюю часть слитка, которая перед прокаткой удаляется. Для уменьшения ликвации кипение изложницы после заполнения прекращают, накрывая слиток металлической крышкой («механическое закупоривание»), либо раскисляют металл Al или ферросилицием в верхней части слитка («химическое закупоривание»).

Строение и дефекты слитка спокойной стали.

Полностью раскисленная Аl, Si, Mn; удален кислород).

Затвердевает металл в изложницах без выделения газов, в верхней части слитка и образуется усадочная раковина, а в средней части - усадочная осевая рыхлость (рис. 7,а).

Для устранения усадочных дефектов слитки спокойной стали отливают с прибылью, которая образуется надставкой, усадочная раковина располагается в прибыли.

Стальные слитки неоднородны по химическому составу.

Химическая неоднородность (ликвация) бывает двух видов: дендритная - неоднородность стали в пределах одного кристалла (дендрита); зональная - неоднородность состава стали в различных частях слитка. Из-за конвекции жидкого металла содержание S, P, С в верхней части слитка увеличивается в несколько раз, а в нижней части - уменьшается. Поэтому прибыльную и под прибыльную части слитка, а также донную его часть при прокатке отрезают (прибыль 14 - 22 %, донная часть 1 - 3 % от массы слитка).

Ликвация. Химические неоднородности в стали.

Ликвация примесей в стали - химическую неоднородность в слитке обычно определяют терминами-синонимами — «ликвация» (лат. liguatio — плавление) и «сегрегация» (лат. segregare — отделять). Впервые на химическую неоднородность стальных слитков обратили внимание А. С. Лавров и Н. В. Калакуцкий в 60-х годах прошлого столетия.
Ликвация примесей при кристаллизации стали.

Теория ликвации примесей основывается на диаграммах состояния и исходит из факта разной растворимости примесей в жидкой и твердой стали. Если при этом допустить, что выравнивание состава твердой фазы протекает со значительно меньшей скоростью, чем сам процесс кристаллизации, то интервал между линиями солидуса и ликвидуса на диаграммах состояния может характеризовать степень развития ликвации в сплаве.

На использовании диаграмм состояния с указанным допущением предприняты попытки количественной оценки ликвации примесей. При затвердевании железо­углеродистого сплава, содержащего больше 0,075% С, в последней капле жидкого металла при температуре линии НВ концентрация углерода составляет 0,59%, а в твердой фазе 0,075% С (рисунок 1). Следовательно, коэффициент К распределения углерода между твердой и жидкой фазами, равный 0,075/0,59 = 0,13, будет количественно характеризовать склонность углерода к ликвации в железоуглеродистых сплавах с содержанием углерода в пределах 0,075—0,59%

Производство меди.

Медь добывают из оксидных и сульфидных руд. Из сульфидных руд выплавляют 80% всей добываемой меди. Как правило, медные руды содержат много пустой породы. Поэтому для получения меди используется процесс обогащения. Медь получают методом ее выплавки из сульфидных руд. Процесс состоит из ряда операций: обжига, плавки, конвертирования, огневого и электролитического рафинирования. В процессе обжига большая часть примесных сульфидов превращается в оксиды. Так, главная примесь большинства медных руд пирит FeS₂ превращается в Fe₂O₃. Газы, образующиеся при обжиге, содержат CO₂, который используется для получения серной кислоты. Получающиеся в процессе обжига оксиды железа, цинка и других примесей отделяются в виде шлака при плавке. Жидкий медный штейн (Cu₂S с примесью FeS) поступает в конвертор, где через него продувают воздух. В ходе конвертирования выделяется диоксид серы и получается черновая или сырая медь. Для извлечения ценных (Au, Ag, Te и т.д.) и для удаления вредных примесей черновая медь подвергается сначала огневому, а затем электролитическому рафинированию. В ходе огневого рафинирования жидкая медь насыщается кислородом. При этом примеси железа, цинка и кобальта окисляются, переходят в шлак и удаляются. А медь разливают в формы. Получающиеся отливки служат анодами при электролитическом рафинировании.

Основным компонентом раствора при электролитическом рафинировании служит сульфат меди - наиболее распространенная и дешевая соль меди. Для увеличения низкой электропроводности сульфата меди в электролит добавляют серную кислоту. А для получения компактного осадка меди в раствор вводят небольшое количество добавок. Металлические примеси, содержащиеся в неочищенной ("черновой") меди, можно разделить на две группы.

1) Fe, Zn, Ni, Co. Эти металлы имеют значительно более отрицательные электродные потенциалы, чем медь. Поэтому они анодно растворяются вместе с медью, но не осаждаются на катоде, а накапливаются в электролите в виде сульфатов. Поэтому электролит необходимо периодически заменять.

2) Au, Ag, Pb, Sn. Благородные металлы (Au, Ag) не претерпевают анодного растворения, а в ходе процесса оседают у анода, образуя вместе с другими примесями анодный шлам, который периодически извлекается. Олово же и свинец растворяются вместе с медью, но в электролите образуют малорастворимые соединения, выпадающие в осадок и также удаляемые

Производство титана.

Промышленные способы получения титана и его основных соединений базируются на использовании в качестве исходного сырья титановых
концентратов, содержащих не менее 92-94 % TiO2 в рутиловых концентратах, 52-65 % TiO2 в ильменитовых концентратах из россыпей и 42-47 % TiO2 в ильменитовых концентратах из коренных месторождений. В России ильменитовые концентраты используются главным образом в
качестве сырья для выпуска диоксида титана и металла, а также выплавки
ферросплавов и карбидов, а рутиловые – для производства обмазки
сварочных электродов. Как правило, исходным материалом для производства титана и его соединений служит диоксид титана со сравнительно небольшим количеством примесей. В частности, это может быть рутиловый концентрат, получаемый при обогащении титановых руд. Однако запасы рутила в мире весьма ограничены, и чаще применяют так называемый синтетический рутил или титановый шлак, получаемые при переработке ильменитовых концентратов. Для получения титанового шлака ильменитовый концентрат восстанавливают в электродуговой печи, при этом железо отделяется в металлическую фазу (чугун), а невосстановленные оксиды титана и примесей образуют шлаковую фазу. Богатый шлак перерабатывают хлоридным или сернокислотным способом.

Концентрат титановых руд подвергают сернокислотной или пирометаллургической переработке. Продукт сернокислотной обработки — порошок диоксида титана TiO₂. Пирометаллургическим методом руду спекают с коксом и обрабатывают хлором, получая пары тетрахлорида титана TiCl₄: TiO₂+ 2C + 2Cl₂ =TiCl₄ + 2CO

Образующиеся пары TiCl₄ при 850 °C восстанавливают магнием: TiCl₄+ 2Mg = 2MgCl₂+ Ti

Полученную титановую «губку» переплавляют и очищают. Рафинируют титан иодидным способом или электролизом, выделяя Ti из TiCl₄. Для получения титановых слитков применяют дуговую, электроннолучевую или плазменную переработку.