Технологічні процеси одержання чорних і кольорових металів (стр. 3 из 4)

Вакуумування.

При обробці у вакуумі сталь розкислюють, очищають від неметалевих включень (сірки, фосфору), від водню, азоту. Крім того випаровуються домішки, такі як свинець, олово та ін. Сталь стає пластичнішою, підвищується її рідкотекучість, зменшується крихкість. Вакуумування проводять у ковші, у вакуумних камерах, при розливанні. Розрізняють об'ємне, порційне, циркулярне вакуумування.

Рис. 3. Схема електрошлакового переплаву

При порційному вакуумуванні (рис. 4) у ківш 2 опускають забірну трубу вакуум-камери 1, розміщеної над ковшем. Вакуум у камері1створюється періодично, сталь засмоктується в неї порціями. При цьому зі сталі бурхливо виділяється гази та неметалеві включення.

Дуже важливе значення в чорній металургії має процес виробництва сталі із металізованої сировини (відновленого заліза) без доменного процесу. Суть бездоменного виробництваполягає в тому, що спочатку зі збагаченої залізної руди у відновлювальних шахтних печах одержують металізовану шихту (вміст заліза 90-95%), котру далі використовують в електропечах для одержання високоякісної сталі. Впровадження такої схеми виробництва дає змогу підвищити продуктивність, знизити витрати палива, флюсів, електроенергії, підвищити якість сталі, зменшити забрудненість навколишнього середовища.

Рис. 4. Схема порційного вакуумування

Важливим напрямком удосконалення сталеплавильного виробництва є сталеплавильні агрегати безперервної дії. Досвід багатьох виробництв показав, що заміна періодичного процесу безперервним сприяє підвищенню продуктивності, зниженню експлуатаційних витрат, підвищенню якості та однорідності продукції, зменшенню технологічних відходів, ефективнішому використанню додаткових матеріалів. Проблеми організації безперервного сталеплавильного процесу, вибору зручної для практичного використання конструкції агрегату безперервної дії та відпрацювання технології виплавляння сталі в цьому агрегаті досі ще не вирішені. Проте є запропоновано багато різних варіантів конструкцій САБД і технологій виплавлення в них сталі.

Основною продукцієюсталеплавильного виробництва є сталь. Сьогодні це основний конструкційний матеріал.

Сталі класифікують за наступними показниками.

1.3а способом виробництваїх поділяють на киснево-конвертерні, мартенівські, електросталі.

2.3а хімічним складомсталі є вуглецеві і леговані. У свою чергу вуглецеві є низько-, середньо- і високовуглецеві, леговані-низько-, середньо- і високолеговані. Різний вміст вуглецю та легуючих елементів впливає на їх властивості.

3.3а якістюсталі поділяють, враховуючи вміст у них шкідливих домішок. Вуглецеві сталі є звичайної якості, якісні та високоякісні. Леговані - якісні, високоякісні та особливої якості.

4.3а призначеннямвуглецеві сталі поділяються на конструкційні та інструментальні, леговані-на конструкційні, інструментальні та спеціальні. Конструкційні сталі - це низько-і середньовуглецеві сталі, інструментальні - високовуглецеві. Принцип маркування сталей..

Конструкційні вуглецеві сталі містять до0,65%вуглецю. їх маркують залежно від якості таким чином:

- звичайної якості-Ст0,Ст1 ...Ст6,де літери Ст означають сталь, цифри-умовний порядковий номер;

- якісні- 08, 10, 15, 25, 30, 35...65(числа вказують середній вміст вуглецю в сотих долях відсотка),45Г,60Г,65 Г(літера вказує на підвищений вміст марганцю).

Залежно від ступеня розкислення, після позначення марки сталі додають літери: кп-кипляча, пс-напівспокійна, сп-спокійна.

Інструментальні вуглецеві сталі містять 0,65-1,35% вуглецю, їх маркують також залежно від якості таким чином:

- якісні-У7,У8...У13-літера У означає, що це вуглецева інструментальна сталь, число показує вміст вуглецю в десятих частках відсотка;

- високоякісні-У8А, У10А...У13А (літера А означає, що сталь високої якості). Інструментальні сталі використовують для виготовлення різальних і вимірювальних інструментів, штампів, пресформ тощо.

Леговані сталі маркують за допомогою великих літер і цифр. Легуючі елементи позначають літерами:С -кремній, X-хром, М-молібден,Г -марганець, Н-нікель, В-вольфрам, Ф-ванадій,К -кобальт, Т-титан, Ю-алюміній, Д-мідь.

Цифри перед літерами означають процентний вміст вуглецю (дві цифри-в сотих частках, одна-в десятих). При вмісті вуглецю більше1%цифру не ставлять. Цифри після літер-середній вміст легуючих елементів (у відсотках). Якщо цифру після літери не проставляють, вміст легуючого елементу - 1-1,5%.

Деякі сталі спеціального призначення мають особливе маркування, наприклад:

Р-швидкорізальна сталь, Ш-шарикопідшипникова та ін.

Найбільш поширені леговані сталі такі: а) конструкційні -15Х, 20Х, 40Х, 45Х; б) інструментальні - ХВГ, 9ХС, ХВ5; в) швидкорізальні - Р12, Р9, Р18, Р6МЗ, Р6С5; г) жаростійкі -Х8СМ; д) жароміцні - Х23Н18, Х23Р20С2; е) нержавіючі - 2X13.

Використання легованих сталей дає можливість зменшити матеріаломісткість машин, конструкцій, збільшити їх довговічність. Проте такі сталі є дорогими, оскільки складніший є процес їх одержання. Тому найефективніше використовувати низьколеговані сталі. Використання їх забезпечує зниження витрат металу на18-20%.

3.Одержання алюмінію

Серед усіх кольорових металів, що виробляються в Україні, алюміній займає перше місце.

Алюміній-метал сріблясто-білого кольору, температура його плавлення 660°С, густина2,7г/см³. Це корозієстійкий метал з високими тепло- та електропровідністю. У земній корі його близько8%.Майже всі гірські породи містять сполуки алюмінію. Він дуже хімічно активний, а тому у вільному стані в природі не зустрічається. Міцність і твердість алюмінію порівняно невисокі. Алюміній володіє високою пластичністю і добре піддається обробці тиском уже в холодному стані. Алюміній добре зварюється. На основі алюмінію можна виготовляти різні сплави.

Сферами найширшого використання алюмінію та його сплавів є електротехніка, ракето- та літакобудування, космічна техніка, харчова промисловість, хімічна, а також будівництво, транспорт, машинобудування та інші галузі. Практично немає жодної галузі, де б не використовували цей метал.

Сировиною для одержання алюмінію є боксити, нефеліни, каоліни, алуніти. Це руди, що містять не менше10% оксиду алюмінію (глинозему). Найефективнішою рудою є боксит. Він містить глинозему до50-60%.Цю руду Україна купує. В Україні є значні запаси каолінів. А тому у нас при виробництві алюмінію широко їх використовують. Перед використанням руди подрібнюють і встановлюють їх хімічний склад.

Технологічний процес одержання алюмінію поділений на три наступні стадії.

1. Одержання глинозему.

Глинозем із руд можна одержувати декількома способами-лужним (сухим, мокрим, електролітичним), кислотним та електротермічним. Найпоширенішим є мокрий лужний спосіб (спосіб Байєра). Він найдешевший і найбільш економний.

При цьому способі руду обробляють лугом- NaOHпри температурі 250-300°С і тиску2,5-3,0МПа в автоклавах. За таких умов утворюється алюмінат натрію - NaA10₂. Розчин далі кристалізують і одержують кристалічний гідрооксид алюмінію, а з нього при нагріві (кальцинуванні) одержують глинозем.

2. Одержання алюмінію з глинозему.

Глинозем - А1₂О₃ - стійка хімічна сполука з температурою плавлення 2050°С і температурою кипіння 2980°С. Одержують алюміній із глинозему шляхом електролізу. Як електроліт використовують спеціальний кріоліт Na₃AlF₆ (фторид алюмінію і натрію). При використанні водних розчинів солей на катоді першим буде розряджатися водень, а не алюміній. Процес електролізу відбувається в електролізних ваннах (рис.5).Зовні ванна 4 стальна, із середини викладена шамотною цеглою 3. Подина 5 і стіни 2 складені з вуглецевих блоків, куди підведені катодні шини 6. Аноди 1 виготовлені з вуглецевої маси і самовипалюються. У міру згоряння вони опускаються і нарощуються напіврідкою анодною масою.

Рис.5. Схема одержання алюмінію з глинозему

Спочатку ванну прогрівають. Поступово завантажують кріоліт і після його розплавлення засипають глинозем (10-12% від маси кріоліту), маса якого періодично поповнюється новими порціями. Температура електролізу 930-950°С. Кріоліт і глинозем дисоціюють. При дисоціації глинозему утворюються іони алюмінію і кисню. Іони алюмінію прямують до катода і там розряджаються, іони кисню прямують до анода і спалюють вуглець, утворюючи оксиди вуглецю:

А1₂0₃→А1³⁺+АlOз³;

на катоді:

Al³⁺ + 3e→А1,

на аноді:

2А10₃^3- -6е→А1₂0₃+ 1,50₂.

Рідкий алюміній, що нагромаджується на полині ванни, періодично (кожні1-2доби) відбирають сифоном або вакуумним ковшем.

3. Рафінування алюмінію.

Первинний алюміній містить домішки заліза, кремнію, міді, цинку, вуглецю, глинозему, газів. Для очищення від цих домішок алюміній рафінують. Найчастіше використовують спосіб хлорування.

Хлорування-продування первинного алюмінію хлором у ковші протягом10-15хв. при температурі 650-770°С. При цьому утворюється пароподібний АlС1₃, який, проходячи через розплав, адсорбується на частинках глинозему, фтористих солей, вугілля. Ці частинки спливають на поверхню і видаляються у вигляді сірого порошку. Одночасно хлор розкладає хімічні сполуки з натрію, кальцію, магнію й утворює їх хлориди, що також спливають. Після хлорування рідкий алюміній відстоюють у ковші 30-45 хв. Виділяються гази і неметалеві включення. Чистота алюмінію після хлорування 99,5-99,75%.