Технологія конструкційних матеріалів та матеріалознавство (стр. 5 )

Спокійні й киплячі вуглеводисті стали розливають у злитки масою до 25 тонн, леговані й високоякісні сталі - у злитки масою 0,5...7 тонн, а деякі сорти високолегованих сталей - у злитки до декількох кілограмів.

Сталь розливають в ізложниці зверху, знизу (сифоном) і на машинах безперервного лиття.

В ізложниці зверху сталь розливають безпосередньо з ковша 1. При цьому виключається витрата металу на літники, спрощується підготовка встаткування до розливання. До недоліків варто віднести менш якісну поверхню злитків, через наявність плівок оксидів від бризів металу, твердіючих на стінках ізложниці.

Застосовується для розливання вуглецевих сталей.

При сифонному розливанні одночасно заповнюються трохи ізложниць (4...60). Ізложниці встановлюються на піддоні 6, у центрі якого розташовується центровий літник 3, футерований вогнетривкими трубками 4, з'єднаний каналами 7 з ізложницями. Рідка сталь 2 з ковші 1 надходити в центровий літник і знизу плавно, без розбризкування наповнює ізложницю 5.

Розливання сталі в ізложниці

а - зверху; б - знизу (сифоном)

Поверхня злитка виходить чистої, можна розливати більшу масу металу одночасно в трохи ізложниц.

Використовують для легованих і високоякісних сталей.

Безперервне розливання сталі полягає в тому, що рідку сталь із ковша 1 через проміжне розливочний пристрій 2 безупинно подають у водоохолоджуєму ізложницю без дна – кристалізатор 3, з нижньої частини якого витягається твердіючий злиток 5.

Перед заливанням металу в кристалізатор уводять запав – сталеву штангу зі змінною головкою, що має паз у вигляді ластівкового хвоста, що на качану заливання служити дном кристалізатора. Внаслідок інтенсивного охолодження рідкий метав у стінок кристалізатора й на запалі твердіючих, утвориться кірка, що з'єднує метав із запалом. Запав рухається долілиць за допомогою тягових роликів 6, поступово витягаючи твердіючих злиток із кристалізатора. Після проходження тягових роликів 6, запав відокремлюють. Швидкість витягування становить у середньому 1 м/хв. Остаточне затвердіння в серцевині відбувається в результаті вторинного охолодження водою із бризкав 4. Потім затверділий злиток попадає в зону різання, де його розріжуть газовим різаком 7, на шматки заданої довжини. Злитки мають щільну будову й дрібнозернисту структуру, відсутні усадочні раковини.

Схема безперервного розливання сталі

Способи підвищення якості сталі

Поліпшити якість металу можна зменшенням у ньому шкідливих домішок, газів, неметалічних включень. Для підвищення якості металу використовують: обробку синтетичними шлаками, вакуумну дегазацію металу, електрошлаковий переплав (ЕШП), вакуумно-дуговий переплав (ВДП), переплав металу в дуговий - дугових-електронно-дугові й плазмових печах і т. д.

Вакуумна дегазація проводитися для зменшення змісту в металі газів і неметалічних включень.

Вакуумування сталі проводять у ковші, при переливі з ковша в ківш, при заливанні в ізложницю.

Для вакуумування в ковші ківш із рідкою сталлю поміщають у камеру, що закривається герметичною кришкою. Вакуумними насосами створюють розрідження до залишкового тиску 0,267...0,667 кПа. При зниженні тиску з рідкої сталі виділяються водень і азот. Спливаючі пухирці газів захоплюють неметалічні включення, у результаті чого зміст їх у сталі знижується. Поліпшуються міцність і пластичність стали.

Електрошлаковий переплав (ЕШП) застосовують для виплавки високоякісних сталей для підшипників, жароміцні сталей.

Переплаву піддається виплавлений у дуговій печі й прокачаний на пруток метав. Джерелом теплоти є жужільна ванна, що нагрівається електричним струмом. Електричний струм підводить до переплавляється електроду, що М, 1, зануреному в жужільну ванну 2, і до піддона 9, установленому у водоохолоджуємому кристалізаторі 7, у якому перебуває запав 8. теплота, Що Виділяється, нагріває ванну 2 до температури понад 1700?C і викликає оплавлення кінця електрода. Краплі рідкого металу 3 проходять через шлаки й утворять під жужільним кулею металеву ванну 4. Перенос крапель металу через основні шлаки сприяє видаленню з металу сірки, неметалічних включень і газів. Металева ванна поповнюється шляхом розплавлювання електрода, і під впливом кристалізатора вона поступово формується в злиток 6. Зміст кисню зменшується в 1,5...2 рази, сірки в 2...3 рази. Злиток відрізняється щільністю, однорідністю, гарною якістю поверхні, Високими механічними й експлуатаційними властивостями. Злитки одержують круглого, квадратного й прямокутного перетину, масою до 110 тонн.

Схема електрошлакового переплаву

Вакуумно-дуговий переплав (ВДП) застосовують із метою видалення з металу газів і неметалічних включень.

Процес здійснюється у вакуумно-дугових печах з витрачається електродом. Катод виготовляють механічною обробкою злитка виплавлюваного в електропечах або установках ЕШП.

Схема вакуумно-дугового переплаву

Електрод, що витрачається, 3 закріплюють на водоохолоджуючому штоку 2 і поміщають у корпус печі 1 і далі в мідну водоохолоджуючу ізложницю 6. З корпуса печі відкачують повітря до залишкового тиску 0,00133 кПа. При подачі напруги між електродом 3 (катодом) і запалом 8 (анодом) виникає дуга. теплота, що виділяється, розплавляє кінець електрода. Краплі рідкого металу 4, проходячи зону дугового розряду дегазуються, заповнюють ізложницю й твердіють, утворюючи злиток 7. Дуга горить між електродом і рідким металом 5 у верхній частині злитка протягом всієї плавки. Охолодження злитка й розігрів рідкого металу створюють умови для спрямованого затвердіння злитка. Отже, неметалічні включення зосереджуються у верхній частині злитка, усадочна раковина мала. Злиток характеризується високою рівномірністю хімічного складу, підвищеними механічними властивостями. Виготовляють деталі турбін, двигунів, авіаційних конструкцій. Маса злитків досягає 50 тонн.

  Лекція

Виробництво кольорових металів

Виробництво міді

Мідь у природі перебуває у вигляді сірчистих з'єднань, оксидів, гідрокарбонатів, вуглекислих з'єднань у складі сульфідних руд і самородний металевої міді.

Найпоширеніші рудій - мідний колчедан і мідний блиск, що містять 1...2 % міді.

90 % первинної міді одержують пірометалургійним способом, 10 % - гідрометалургійним.

Гідрометалургійний спосіб – одержання міді шляхом її вилугування слабким розчином сірчаної кислоти й наступного виділення металевої міді з розчину.

Одержання міді пірометалургійним способом складається зі збагачення, випалу, плавки на штейн, продувки в конвертері, рафінування.

Збагачення мідних руд виробляється методом флотації й окісного випалу.

Метод флотації засновано на використанні різної зволожуємості часток, що містять мідь і порожньої породи. Дозволяє одержувати мідний концентрат, що містить 10...35 % міді.

Мідні рудій й концентрати, що містять більші кількості сірки, піддаються окісному випалу. У процесі нагрівання концентрату або рудій до 700…8000Cу присутності кисню повітря сульфіди окисляються й зміст сірки знижується майже вдвічі проти вихідного. Обпалюють тільки бідні (зі змістом міді 8...25 %) концентрати, а багаті (25...35 % міді) плавлять без випалу.

Після випалу руда й мідний концентрат піддаються плавці на штейн, що представляє собою сплав, що містить сульфіди міді й залоза . Штейн містить 20...50% міді, 20...40% заліза, 22...25% сірки, близько 8 % кисню й домішки нікелю, цинку, свинцю, золота, срібла.

Найчастіше плавка виробляється в полум'яних відбивних печах. Температура в зоні плавки 1450 0C.

Отриманий мідний штейн, з метою окислювання сульфідів і заліза, піддають продувці стисненим повітрям у горизонтальних конвертерах з бічним дуттям. окисли, Що Утворяться, переводять у шлаки, а сірку - в . Тепло в конвертері виділяється за рахунок протікання хімічних реакцій без подачі палива. Температура в конвертері становить 1200…1300°C. Таким чином, у конвертері одержують чорнову мідь, що містить 98,4... 99,4%міді, 0,01...0,04 % заліза, 0,02...0,1 % сірки й невелика кількість нікелю, олова, сурми, срібла, золота. Цю мідь зливають у ківш і розливають у сталеві ізложниці або на розливної машині.

Чорнову мідь рафінують для видалення шкідливих домішок, проводять вогневе, а потім електролітичне рафінування.

Сутність вогневого рафінування чорнової міді полягає в окислюванні домішок, що мають більшу спорідненість до кисню, чим мідь, видаленні їх з газами й перекладі в шлаки. Після вогневого рафінування одержують мідь чистотою 99...99,5%. Її розливають в ізложниці й одержують паці для подальшої виплавки сплавів (бронзи й латуні) або злитки для електролітичного рафінування.

Електролітичне рафінування проводять для одержання чистої від домішок міді (99,95% ).

Електроліз проводять у ваннах, де анод виготовляють із міді вогневого рафінування, а катод - з тонких аркушів чистої міді. Електролітом служити водяний розчин (10...16%) і (10...16%).

При пропущенні постійного струму анод розчиняється, мідь переходити в розчин, а на катодах розряджаються іони міді, осаджуючись на них кулею чистої міді.

Домішки осаджуються на дно ванни у вигляді шлаків, що йде на переробку з метою добування металів.

Катоди вивантажують через 5...12 днів, коли їхня маса досягне 60...90 кг. Їх ретельно промивають, а потім переплавляють в електропечах.