Казармщиков И.Т. - Производство металлических конструкционных материалов (1092920), страница 22
Текст из файла (страница 22)
Длябольшинства потребителей алюминия такой чистоты вполне пригоден. Однако,для отдельных отраслей современной техники нужен алюминий более высокойчистоты. Такой алюминий получают электролитическим рафинированием, прикотором загрязненный алюминий служит анодом и подвергается растворению иосаждению на катоде, а чистый алюминий является катодом. При такомрафинировании получают алюминий чистотой 99,996%.При необходимости получить алюминий более высокой чистоты применяютметод зонной плавки или дистилляции алюминия.При зонной плавки из алюминия электролитического рафинированияотливают прутки и помещают в кварцевую трубку, в которой создают вакуум.Вокруг трубки располагают индуктор, соединенный с источником электрическоготока высокой частоты (ТВЧ).
Под индуктором пруток расплавляется и возникаетзона жидкого алюминия, а остальная часть прутка остается твердой. Индукторпередвигается вдоль прутка с определенной скоростью и зона жидкого алюминияперемещается. При этом примеси концентрируются в расплаве и вместе с нимпередвигаются к концу слитка. Затем слиток извлекают и конец отрезают.Оставшаяся часть состоит из алюминия высокой чистоты (99,9999%).При применении способа дистилляции алюминия рафинирование егоосуществляется через так называемые субсоединения путем пропусканияпарообразных хлористого и фтористого алюминия над расплавленнымалюминием при температуре 1000 °С и выше.Эти субсоединения при охлаждении разлагаются на алюминий и хлористыйили фтористый алюминий.
Примеси, содержащиеся в черновом алюминии, неперегоняются. Этим способом получают алюминий очень большой чистоты(99,99999%).Последние два метода рафинирования дороги и малопроизводительны. Онииспользуются для очистки лишь небольшого количества металла, необходимогодля изготовления полупроводников и других ответственных изделий.8.3 Производство магнияМагний получают электролизом из его расплавленных солей.Основным сырьем для получения магния являются карналлит(MgCl 2 ⋅ KCl ⋅ 6H 2 O) , магнезит (MgCO3), доломит (CaCO 3 ⋅ MgCO 3 ) , бишофит(MgCl 2 ⋅ 6H 2 O) .
Наибольшее распространение получил карналлит, которыйпредварительнообогащаютиобезвоживают.Безводныйкарналлит(MgCl 2 ⋅ KCl) используют для приготовления электролита.Основной составляющей электролита является хлористый магний. Дляснижения температуры плавления электролита и повышения его электропрово-дности в состав электролита вводят NaCl, CaCl2, KCl.
Большое распространениеполучил четырехкомпонентный электролит состава 10% MgCl2, 45% CaCl2, 30%NaCl, 15% KCl с небольшими добавками NaF и CaF2.Электролиз осуществляют в электролизере, футерованном шамотнымкирпичом (рисунок 46).Анодами служат графитовые пластины, а катодами – стальные пластины.Электролизер заполняют расплавленным электролитом, через которыйпропускают электрический ток. В результате разложения хлористого магнияобразуются ионы хлора, которые движутся к аноду. Ионы магния движутся ккатоду и после разряда выделяются на поверхности, образуя капельки жидкогочернового магния.
Магний имеет меньшую плотность, чем электролит, поэтомуон всплывает на поверхность, откуда его периодически удаляют с помощьювакуумного ковша. Чтобы избежать взаимодействия хлора с магнием, а такжекороткого замыкания анода и катода расплавленным магнием, вверхуустанавливают специальную разделительную диафрагму.Черновой магний содержит около 5% примесей. Поэтому его рафинируютпереплавкой с флюсами, состоящими из MgCl2, KCl, BaCl2, CaF2, NaCl, CaCl2.
Дляэтого черновой магний и флюс нагревают в электропечи до 700 – 750 °C иперемешивают. В результате неметаллические примеси переходят в шлак. Послеэтого печь охлаждают до температуры 670 °C и магний разливают в изложницы.8.4 Производство титанаТитан и его сплавы являются ценными конструкционными сплавами. Посочетанию свойств они превосходят многие легированные стали и сплавыметаллов. Получение металлического титана затрудняется его очень высокойхимической активностью при повышенных температурах.
Титан образуетхимические соединения и твердые растворы со многими элементами. Поэтомупри производстве титана требуются особые условия, обеспечивающиедостаточную чистоту производимого металла.Для получения титана применяют магниетермический способ, которыйвключает операции:- получение титановых концентратов;- производство титанового шлака;- производство четыреххлористого титана;- восстановление четыреххлористого титана магнием;- вакуумная сепарация реакционной массы;- плавка титановой губки в вакуумных печах.Получение титановых концентратов. Титановые руды подвергают обогащению, в результате которого получают концентраты с повышенным содержанием TiO2 . Наиболее распространенным сырьем для получения титана является титано-магнетитановые руды, из которых выделяют ильменитовый концентрат, содержащий 40 – 45% TiO2, 30% FeO, 20% Fe2O3 и 5 – 7% пустой породы.Производство титанового шлака.
Основное назначение этого процесса –отделение оксидов железа от оксида титана. Для этого ильменитовый концент-ратплавят в смеси с древесным углём и антрацитом в электропечах, где оксидыжелеза и часть титана восстанавливаются по реакции:3(FeO ⋅ TiO 2 ) + 4C = 3Fe + Ti 3 O 5 + 4COВосстановленное железо науглероживается, образуя чугун, который собирается на дне ванны печи, отделяясь от остальной массы шлака вследствие различия их удельных весов.
Чугун и шлак разливают отдельно в изложницы. Полученный титановый шлак содержит 80 – 90% TiO2.Производство четырёххлористого титана. Для получения металлического титана используют хлорид титана, полученный путём хлорирования титанового шлака. Для этого титановый шлак измельчают, смешивают с углем икаменноугольным пеком, так как процесс хлорирования может проходить успешно только в присутствии восстановителя, и брикетируют при нагреве до 800 °Сбез доступа воздуха. Полученные брикеты подвергают хлорированию вспециальных печах.
В нижней части печи располагается угольная насадка,нагревающаяся при пропускании через неё электрического тока. В печь подаютбрикеты титанового шлака, а через фурмы – хлор.При температуре 800 – 1250 °С в присутствии углерода образуются четыреххлористый титан по реакции:TiO 2 + 2C + 2Cl 2 = TiCl 4 + 2COВ качестве побочных продуктов получаются также хлориды других металлов ( FeCl 2 , MnCl 2 , CrCl 3 CaCl 2 и др.).Благодаря различию температур кипения образующихся хлоридов,четыреххлористый титан отделяется и очищается от остальных хлоридов методомректификации в специальных установках.Восстановление четыреххлористого титана магнием. Восстановлениеосуществляется в специальных реакторах при температуре 950 – 1000 °С.
Вреактор загружают чушковый магний и после откачки воздуха и заполненияполоти реактора аргоном внутрь его подают парообразный четыреххлористыйтитан. Процесс восстановления титана идёт по реакции:TiCl 4 + 2Mg = Ti + 2MgCl 2Металлический титан оседает на стенках, образуя губчатую массу, ахлористый магний в виде расплава выпускают через лётку реактора. В результатевосстановления образуется реакционная масса, представляющая собой губкутитана, пропитанную магнием и хлористым магнием, содержание которыхдостигает 35 – 40%.Вакуумная сепарация реакционной массы.
Сепарацию проводят с цельюотделения титановой губки от магния и хлористого магния. Процесс отделениясостоит в том, что реакционную массу нагревают до 900 – 950 °С в герметичномустройстве электронагревательной печи, в котором создаётся вакуум. При этомчасть хлористого магния удаляется в жидком виде, а остальная часть хлористогомагния и магний испаряются. Титановая губка после очистки направляется наплавку.Плавка титановой губки в вакуумнодуговых печах.
Плавка губки методомвакуумно-дугового переплава является основным способом переработки её вслитки. Вакуум печи предохраняет титан от окисления и способствует очистке егоот примесей. Полученные слитки титана переплавляют вторично для удалениядефектов, используя как расходуемые электроды. После этого чистота титанасоставляет 99,6 – 99,7%. После вторичного переплава слитки используют дляобработки давлением (ковка, штамповка, прокатка).9Производствометаллургииматериаловметодамипорошковой9.1 Общая характеристика методов порошковой металлургииПорошковой металлургией называют область техники, в которой занимаются изготовлением металлических изделий из спрессованных или сформованныхпорошков путём спекания без расплавления. Характерной особенностьюпорошковой металлургии как метода изготовления материалов является применение исходного сырья в виде порошков, которые затем прессуются в изделиязаданных размеров и подвергаются термообработке (спеканию), проводимой притемпературах ниже температуры плавления основного компонента шихты или счастичным расплавлением наименее тугоплавкой составляющей смеси.Технологический процесс производства изделий методом порошковой металлургии состоит из следующих основных операций:– получение и подготовка порошков исходных материалов, которые могутпредставлять собой чистые металлы или их сплавы, соединения металлов снеметаллами и различные другие химические соединения;– прессование из подготовленной шихты изделий необходимой формы вспециальных пресс-формах;– термическая обработка или спекание спрессованных изделий, придающееим окончательные физико-механические свойства.На практике иногда встречаются отклонения от этих типичных элементовтехнологии.
Так, например, процессы прессования и спекания можно совмещать водной операции или предварительно спечённый пористый брикет затем можетбыть пропитан расплавленным металлом. Могут быть и другие отклонения отуказанной схемы, однако использование исходной порошкообразной шихты испекание при температуре ниже точки плавления основного элемента остаютсянеизменными.Изделия, изготавливаемые методами порошковой металлургии называютсяспечёнными материалами.Впервые методы порошковой металлургии применили русские инженерыП.Г.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
