18. Қиын балқитын балқымаларды балқытуға арналған жоғары жиілікті пештер.

Қиын балқитын балқымаларға титан,шойын,болат және т.б балқымалары жатады.Титанды балқыту жоғарғы жиілікті электрлік н\е электрдоғалық пештерде қол. Электродоғалық пештер арқ көп қолд. ж\е олар 2 бөлінеді: тұрақты сумен суйытын вольфрамды электрод н\е титан губкасынан тұратын престелген электрод. 1суретте а, б титан өндірісіне арналған балқыту жабдығы.

балқыту вакуумды н\е инетті ортада жүреді.Титан жиналатын ыдыста н\е слитокта графиттен н\е таза қызыл мыстан жасалып, сумен суытылып отырады.

С хема конструкции печей для плавки титана и его сплавов: а - электродуговая с постоянным  вольфрамовым электролитом: 1-электрод; 2-изолирующая втулка; 3-вибратор; 4-загрузочный бункер; 5-зажим; 6-гибкий сильфон; 7-окно; 8-изолятор; 9-резиновя прокладка; 10-медный тигель;б-электропечь с высокочастотным нагревом: 1-балаган;2-водоохлаждаемый высокочастотный индуктор; 3-окно для наблюдения; 4-графитовая втулка;5-мешалка; 6-щуп для загрузки; 7-загрузочный бункер; 8-графитовая труба; 9 - графитовый плавильный тигель; 10-кварцевый кожух; 11-водоохлаждаемый высокочастотный индуктор;  12 — опорные блоки; 13-графитовая муфта; 14-графитовая изложница Тұрақты Вольфрамды электроды бар электропеші суытылған тигель титанмен бірге балқиды. б сурет. Слиток формасы тигль формасындай. Жоғары жиілікті электрпеште тительтитанды балқытып сондай күйде жоғарғы жілікпен ұстап тұрады. Графитті тигльдің ыдысы толған соң пробка бақып титан изложницаны толтырады. Слитка формасын әр түрлі алуға болады Доға пештерде титан қосылыстарын балқыту.

Схемасы:

4 хлорлы титан алу үшін электропеш схемасы:

1— корпус печи; 2 — шамот ная футеровка; 3 — угольная (графитная) набойка—элект росопротивление; 4 — токоподводяшие графитовые электроды; 5 —устройство для загрузки брикетирован ной шихты; 6— брикетиро ванная шихта; 7, 8 — пат рубки для подачи хлора; 9 — отверстие для удаления парогазовой смеси . Балқытуды титан шлагында электрпештерде доғалық пештерде. шихта ретінде пресстелген брикеттер, ұсақталған концентраттан, антрациттен, көмірден. Нәт-де қоры мол титан шлагын алады 80% TiO2. Побочный өнім ретінде шойын болады, ол 0,5% Тi бар. ұнтақталған шлакты сепараторға салып, мұнай коксымен , брикетпен пресстейді. 700-800 тем-да күйдіріп брикетті хлорлайды. Пештін астын графитпен толтырады, ол эл. тоғынан ысыды. Көмір насадкасынана жоғарғы бөлгінде тем-ра 800-850. Хлорлау кезінде титан төрт хлоры түзіледі.Бұл бу газ-пар қоспасында тұрады. Оны тазартып, конденсатормен суытып сұйық титан төтрхлоридін алады. Оны ары қарай тұндырып, конденсациялайды.Абөліп алу үшін оны конденсаты ректификациясын жүргізеді. яғни әр түрлі темпе-да хлорлы қосылысты қайнатады. сұйық титанды тотықсыздандырады. TiCl4герметикалық реторталада нержавейка болатта электр пештерінде алады. Ретортадан ауаны сорып, аргон инертті газдарын жибереді, 700 градус тем-ға дейін балқытылған магнийді қосады. Ары қарай жоғарыда көрсетілген реакциядай титанды губкасын алады. Оны ұнтақтап н\е пресстеп дайын алады!.Домна шойыны —1.домна пешінде балқытылып алынған шойын; 2.темір және марганецті кендерден домна пештерінде балқытып алынатын сұйық шойын. Домна шойынының 80—85%-інен болат өндіріледі. Сұйық шойын (Чугун жидкий) — домна пешінде немесе шойынпеште қорытылған шойын. Сұйық шойын қатайған сон тасымалданып тұтынушыға жеткізіледі.белдігін, күпшектер, картерлер, фитингтер жасағанда соғылмалы шойын орнына қолданылады. Осының нәтижесінде құйма дайындамалардың массасы соғылмалы шойыннан құйылған дайындамалар массасынан шамамен екі еседей кем болады; Шойынпеш (Вагранка) - құю цехтарындағы шойын қорытуға арналған шахта типтес тік пеш. Шикіқұрам материалдары домналық шойын, темір, терсек, қождамалар, кокс мойындық алаңшалы шахтаға қабат-қабатымен (салымдармен) тиеледі. Балқытылған шойын ошаққа жиналып, жинағышқа ағады. Шойынпештің өндірімділігі сағатына 4 т-дан 60 т-ға дейін жетеді. Кейде ауаны қыздыру үшін Шойынпеште рекуператорлар жабдықталады.Шойынпештер өнеркәсіптік жиілікті индукциялық пештермен алмастырылуда. Шойынпеш есігі (Дверца вагранки) — ашылмалы-жабылмалы есік. Шойын қорытудың технологиялық режімдеріне сай шойынпештің мезгіл-мезгіл жұмыс істеуіне байланысты, оның есігі арқылы тұтандыратын отын салынады. Металдын төменгі бөлігі балқи бастағанда жоғарыдан оқтын-оқтын шихта материалдары түсіріліп тұрады. Балқыту аумағынан 0,5 м жоғары орналасқан Шойынпеш есігі арқылы корытпаның даяр болғанын бақылайды.Al өндіруге арналған жабдыққа электролизер н/се электролиздік ванна жатады. Криолит негізіндегі балқымада ерітілген Al тотығының электролиттік тотықсыздануы 950-970°С-де электролизерде жүреді. Электролизер подинасына электр тогы берілетін көміртекті блоктармен футерленген ваннадан тұрады. Катод ролін атқаратын подинада бөлінген сұйық Al электролит тұзының балқымасынан ауыр, сондықтан көмірлік негізде жинақталады, одан оны периодты түрде шығарып отырады. Үстінен электролитке көмірлі анодтар енгізілген, олар Al тотығынан бөлінетін оттек атмосферасында жанады да, көміртек тотығын (CO) н/се көміртек екітотығын(CO₂) бөледі. Практикада анодтың екі түрі қолданыс тапқан: а) Зедербергтің өзі жанатын анодтары, Al қабатымен оралған Зедерберг массаларының брикеттерінен (25-35% таскөмірлі пектің азкүлді көмірі) тұрады; жоғары температура әсерінен анодтыө масса піседі. б) жанатын н/се үзіліссіз анодтар, үлкен көмірлік блоктардан тұрады. Электролизерлардағы ток күші 150 000 А. Ваннадағы жұмыс кернеуі 4-5 В. Ваннаның қажет т-сы электролит кедергісімен қамтамасыз етіледі.

Балқытып құюдың арнайы тәсілдеріҚұймалардың сапасы мен шығарылуының артуына құю өндірісінде құюдың арнайы әдістерінің дамуы мен кең қолданылуы едәуір мөлшерде әсерін тигізді. Олар: кокильге құю (металл қалып), балқытылатын және күйдірілетін үлгілерге құю, қабықшалы қалыпқа құю, центрден қашырып құю, қысыммен құю және т.б. Кокильге құюМеталдан жасалған құймаға арналған қалыптарды кокиль деп атайды.Бір құйғаннан кейін бұзылатын бір реттік құмды қалыптарға қарағанда, бір метал қалыпта қолданылатын қорытпаның мөлшерімен күрделілігіне байланысты 50 ден 5000-ға дейін құйма жасауға болады. Кокильдердің жылуөткізгіштігі құмды-балшықты қалыптардыкіне қарағанда 60 есе артық және құймалардың ұсақдәнді құрылымын қамтамасыз етеді. Одан басқа кокильге құю кезінде құйманың дәлдігі мен беттік қабатының тазалығы артып, оларды механикалық өңдеудің көлемі азаяды, механикалық қасиеттері мен төзімділігі артады, еңбек өнімділігі бірнеше есе көбейіп, құю цехының ауданы үнемделеді (қалыптау қоспасын даярлау және құятын қалыптарды дайындау бөлімі керек емес). Кокильге құюдың кемшіліктері - кокильдің бағасының жоғары болуы, қызмет ету мерзімінің шектелген болуы, кокильдің қабырғаларының жоғары жылуөткізкіштігі әсерінен жұқақабырғалы құйманы алудағы күрделілік, құйма металының тез кристалдануы Кокильде құйманы алудың технологиялық процесі келесі операциялардан тұрады: кокильді дайындау; құю үшін кокильді жинау; кокильге балқыманы құю; құйманы кокильден алу; құйманы кесу, тазалау және қажет болған жағдайда термиялық өңдеу Кокильдердің классификациясы. Құйылатын өнімнің пішінінің күрделілігіне байланысты кокильдер тұтас (1,а – сурет) және алмалы-салмалы (1,б – сурет) болады. Тұтас немесе сілкімелі кокильді 180^о-қа бұрған кезде сілкіп алынатын, пішіні қарапайым құймаларды дайындау кезінде қолданылады.

1-сурет. Метал қалыптар (кокильдер)

Сілкімелі кокильдердің конструкциясы қатты бүрсілмейді, өлшемі жағынан дәл келетін құйма береді. Құйманы кокильден алу процесін жеңілдететін өзектерді қолдана отырып, сілкімелі кокильдерді өте күрделі бөлшектерді жасауда да пайдаланады. Алмалы-салмалы кокильдерді құйманы кокильден сілкіп алу әдісін қиындататын бөлшектері бар күрделі бұйымдарды құюда қолданылады.Құйып алынатын бұйымдардың конструкциясына байланысты кокильдің разъемы вертикальді (1,б – сурет), горизонтальді (1,в – сурет) және аралас болуы мүмкін. Разъемді кокильдер 10 бағыттайтын штырьлерге орталықтанған екі жартыдан 6 тұрады. Жиырылу болмау үшін кокильды қаттылық қабырғасымен 5 қамтамасыз етеді не болмаса қорап тәрізді пішінде жасайды. Кейде кокильдің сыртқы қабырғасына суынуды тездету үшін саусақ тәрізді іздер 8 құйылады. Құйманың тесігін немесе ішкі қуысын 1 құмды өзек не болмаса 9 метал өзек құрайды. Металды құюшы тостағанға 3 құяды, сосын тіреуше 4 және қоректендіргіш 7 арқылы қалып қуысын 2 толтырады. Құюшы жүйе кокиль разъемінің жазықтығында орналасады. 11 – қалыпты балқымамен толтырған кезде ауаның шығуына арналған. Бөлшектерінің разъемы принципі бойынша кокильдер қайырылатын ашылып жабылатын және разъемы параллель болып бөлінеді.Аралас разъемды кокильдер. Горизонтальды разъемы бар кокильдерді ішкі қуыстары үлкен бұйымдарды алуда қолданылады, себебі кокильдің горизонтальды разъемы онда ыңғайлы етіп өзек орналастыруға мүмкіндік береді. Аралас разъемды кокильдерді күрделі құймаларды құюда қолданылады. Құймаларды бөліп алу ыңғайлы болуы үшін мұндай кокильдер бірнеше бөліктерден тұрады, оның біршамасы құмнан жасалған.Кокильдерді дайындау. Кокильдер сұр шойыннан, болаттан және алюминийден дайындалатын затты механикалык өңдеу немесе керамикалық қалыптарға құю әдістерімен жасалады. Кокильдің қызмет ету мерзімін арттыру, балқытылған металдан желінуден және металды кокиль қабырғасына пісіруден сақтау, құйманың жеке бөліктерінің қату уақытын реттеу мақсатында кокильдің жұмыс бетіне отқа төзімді жабын қабатын ( қаптау және бояу түрінде ) жағады. Қаптау және бояу дайындау үшін толтырғыш ретінде шаң таріздес кварц, тальк, графит, асбест, ол байланыстырғыш ретінде сұйық әйнек, балшық, сульфит қолданылады. Кокильдің қабырғасымен жақсы ұстасу үшін қаптаудың құрамына кремнийфторлы натрий, бура және бор қышқылын қосады. 0,3-1 мм қалыңдықтағы қаптау қабаты кокиль қабырғасына бір алмастырғанда бір рет, ал бояуды әр құюдан кейін жағады. Бояумен салыстырғанда қаптаулар кокиль қабырғаларын отқа төзімдірек және азырақ жылуөткізгіш етеді. Кокильде қолданылатын өзектер құмнан жасалған, керамикалық және метал, құрғақ және кептірілген болуы мүмкін. Төзімділігі аз ылғал өзектер сирек қолданылады. Метал қалыптың аз өткізгіштігін арттыру үшін оның жұмыс бетінде және өзектің бетінде кішкене тесіктер, ал разъем жазықтығында 0,3-1 мм тереңдікте каналдар жасайды. Кокильдерді құю. Кокиль қуысының балқымалары жақсы толтырылуы үшін оны құюдан бұрын кокильді қыздырады: шойынды құю кезінде 200-400 С-ге дейін, болатты құю кезінде 150-300 С-ге дейін, алюминий қорытпалары үшін 200-400 С-ге дейін. Қалыптарды құю көбінесе өзекте жасалған, балқытып құю жүйесінде жүзеге асады. Кокильге құйылатын балқыманың тез суынуынан оның балқытып құю жүйесінің қоректендіргіштерінің қимасын құмды қалыптардың балқытып құю жүйесінің қоректендіргіштерінің қимасына қарағанда 25-30% көбірек етіп жасайды. Кокильге құю механизациясы кокильге құю технологиялық процесінің қолдық операциялары көп еңбек сіңіруді керек қылады және 400 - қа дейін қыздырылған құрал-жабдықта орындалады, сондықтан қазіргі балқытып құю цехтарында кокильдерді ашу мен жабу, оның беттік қабатына қаптау жағу, метал өзектерді орнату мен құймаларды бөліп алу үшін арнайы механикаландырылған кокильді станоктар қолданылады. Центрден қашырып құюЕгер балқыған металды белгілі бір жылдамдықпен айналмалы қалып қуысына құйсақ, онда оның бөлшектері центрден қашыру күштері әсерінен қалыптың айналу өсінен қашықтай береді және қалыптың қабырғасына кездесіп, қалыптың центрде қуыс құрып, қалаған пішін қабылдайды. Бұл құбылыс құймаларды центрден қашырып құю өндірісінде қолданылады. Айналмалы қалыпқа балқыманың қажетті мөлшерін құя отырып, қалыпта өзек орналастырмай-ақ, тығыз газды қабыршағы жоқ және борпылдақ емес іші бос қуыс құйманы алуға болады. Центрден қашырып құю кезінде қалыптарды шойыннан және хромникельді болаттан жасайды. Беттік қабатының ішкі жағынан отқа төзімді материал жабынын жағады.Центрден қашырып құюға арналған қалыптарды металды және футерленген етіп жасайды. Олардың айналуы үшін шпиндельді және доңғалақтық машиналар қолданылады.Қалыптың айналу осі горизонтальды, вертикальды және көлбеулік болуы мүмкін. Егер құйма диаметрі оның ұзындығынан әлдеқайда кіші болса (құбырлар, гильзалар, төлкелер), онда қалыптың айналу осі горизонтальды орналасады (2, а – сурет). Егер де құйма диаметрі оның биіктігінен үлкенболса(дөңгелектер,тегершіктер, шкивтер), онда айналу осі вертикальды орналасады (2,б – сурет). Екі жағдайда да құйманың осьтері қалыптың айналу осьтерімен сәйкес келеді және ішкі қуысы өзексіз болып, ал құйма қабырғасының қалыңдығы құйылатын металдың мөлшерімен анықталады.

20-24. Регенеративті электр пештерде металды қысыммен өңдеу алдында қыздыру процесі

Энергияның регенерациясы (energy recovery) – негізгі процесс аяқталған соң, ондағы қалған энергияны, тура сол немесе басқа процеске қолдану.

Шығарылған жылудың регенерациясы (wasteheat recovery) – негізгі процеске арналып өңделген жылудың қолданылуы (тәжірибеде қолданылуы), ол бірақ тиімді жылу болса да, онда қолданылмауы керек.

Механикалық энергияның регенерациясы (mechanical energy recovery) – механикалық энергияның қолданылмайтын бөлігін тиімді энергия түріне айналдыру және ешқандай өлшемсіз жойылмау керек. Механикалық энергияның регенерациясына магистральді газ өткізгіш пен газ таратқыш желілеріндегі редукционды клапандардың орнындағы турбодетандерлер мысал бола алады.

Жылуалмастырғыш (heat exchanger) немесе жылуалмастырғыш аппарат – жылуды жоғары (қыздырушы дене - жылутасығыш) температуралы ортадан төмен температуралы (қыздырылған орта) ортаға беретін құрылғы түрі. Жылуалмастырғыштар рекуперативті, регенеративті және аралас болып бөлінеді. Рекуперативті жылуалмастырғыштағы жылу жылытылған заттан суытылған затқа оларды бөлетін қабырға арқылы беріледі (бу қазандығы, ауа және су жылытқыштар, конденсатор және т.б.). Регенеративті жылуалмастырғыштағы қызу беті кезек-кезек, біресе қыздырылған затпен, біресе суытылған затпен (мартен және әйнек балқыту пешьеріндегі регенераторлар, мартен пеші мен қазандық агрегаттарының регенеративті ауажылытқыштары) шайылады. Аралас жылуалмастырғыштағы жылу суытылған және жылытылған заттардың тікелей байланысы кезінде беріледі (мұнаралық (башенные) суытқыштар, градирния, скруббер, дегазатор және т.б.). Жылуалмастырғыш аппараттарға жылу құбырлары жатады.