487

Опуская электрод, зажигают дугу и растягивают ее полем соленоида, ведя плавку при плотности тока 7…10 А/см2 (при диаметре слитка 300…500 мм). Медленно опуская расходуемый электрод, получают слиток титана большего сечения, который приваривают к держателю электрода другой печи, и повторяют переплавку. Как при первой, так и при второй плавке с расходуемым электродом длину дуги выдерживают 20…35 мм, напряжение 30 В.

Для получения сплавов титана с алюминием, марганцем, ванадием, хромом и другими металлами легирующие добавки примешивают к губке, поступающей на изготовление электрода для первой плавки. При второй плавке они окончательно и достаточно равномерно распределяются в объеме слитка. Обычная чистота титана, получаемого переплавкой губки, составляет 99,6…99,7 %. Для получения более чистого металла требуется дополнительное рафинирование.

71

6. ПРОИЗВОДСТВО МАГНИЯ

Магний − серебристо-белый металл. Важнейшее его физическое свойство − малая плотность, равная 1,738 г/см3. Кристаллы магния обладают компактной гексагональной структурой.

При хранении магния в сухом воздухе на его поверхности образуется оксидная пленка, предохраняющая металл при небольшом нагреве (до 200 °С) от дальнейшего окисления. Однако во влажном воздухе его коррозия значительно усиливается. Он нестоек в водных растворах солей (кроме фтористых) и растворяется во многих минеральных и органических кислотах. На него практически не действуют керосин, бензин и минеральные масла.

Магний в виде слитков или изделий не огнеопасен. Возгорание магниевых изделий может произойти лишь при температуре, близкой к точке его плавления (651 °С), или после расплавления, если он не изолирован от кислорода воздуха. Применение покровного флюса обеспечивает безопасное плавление и нагрев этого металла. Порошкообразный магний или тонкая магниевая лента легко загорается от спички и горит ослепительно белым пламенем. Магний немагнитен и не искрит при ударах или трении.

Предел прочности и другие механические свойства магния в большой степени зависят от его чистоты и способа приготовления образца (литой, деформированный); при температуре 20 °С, σВ = 1154…200 МПа, δ = 84…11,5 %; НВ 30…36.

Магний − один из распространенных металлов в земной коре (2,1 %). В свободном виде он не встречается, а является составляющей многих горных пород в виде карбонатов, силикатов или растворен в морской и озерной воде в виде хлоридов и сульфатов.

72

В настоящее время для получения магния применяют магнезит, доломит, карналлит, атакжеморскуюводу иотходырядапроизводств.

Магнезит − углекислый магний МgСО3. Природный белый минерал магнезит обычно содержит карбонат кальция, кварц, а также примеси других минералов, включающих оксиды алюминия и железа.

Для производства магния применяют только чистый каустический магнезит, полученный по реакции МgСО3 = МgO + СО2 при обжиге природного магнезита (700…900 °С), что дает до 90 % MgO.

Доломит − горная порода, представляющая собой двойной карбонат кальция и магния MgСО3 СаСО3. Доломиты обычно содержат примеси кварца, кальцита, гипса и др. Доломит, так же как и магнезит, применяемый магниевой промышленностью, предварительно обжигают до получения смеси оксидов МgO (до 40 %) и СаО.

Карналлит КС1 МgCl2 6H2О − природный хлорид магния и калия − очень гигроскопическое кристаллическое вещество, обычно окрашенное примесями в розовый, желтый или серый цвет.

Большие запасы магния (бишофита МgС12 6Н2О) находятся в морской воде; в среднем в 1 кг воды содержится 3,8 г МgС12, 1,7 г МgSO4 и 0,1 г МgВг2. Морскую воду пока редко используют для получения бишофита, так как во многих странах имеются соляные озера, в воде которых содержание хлористого магния значительно выше, чем в морской воде. Кроме того, сырьем для получения магния теперь служат отходы ряда производств. При этом особенно широко используют хлористый магний, получаемый при извлечении титана.

6.1.Получение магния

Восновном магний получают электролитическим способом, важнейшие стадии которого − получение чистых безводных солей магния, электролиз этих солей в расплавленном состоянии и рафинирование магния.

73

Известны варианты электролитического способа получения магния, различающиеся по составу солей, поступающих на электролиз (карналлит, хлористый магний и т. д.), и по способу получения исходных безводных солей − хлорирование магнезита, обезвоживание хлористого магния и т. п. Электролиз проводят в расплавленных хлоридах магния, калия, натрия и кальция (рис. 20). Анодами служат графитовые плиты 1, катодами − стальные пластины 2. Так как плотность расплавленного электролита больше, чем плотность магния при температуре электролиза, выделяющийся на катоде жидкий магний, не растворяясь в электролите, в виде капель всплывает на его поверхность. На аноде выделяется газообразный хлор, который также поднимается и выбрасывается из электролита. Во избежание взаимодействия хлора и магния и короткого замыкания анода и катода расплавленным магнием вверху устанавливают перегородку, которую принято называть диафрагмой 3. Выделяющийся в анодном пространстве хлор отсасывают через трубы и используют, например, для хлорирования оксидов магния или титана.

Магний можно получить электролизом чистого расплавленного безводного хлористого магния, однако высокая температура плавления, низкая электропроводимость и другие неблагоприятные свойства хлористого магния вынуждают прибегать к более сложным электролитам. Практически удобнее вести электролиз карналлита, который обычно содержит в виде примеси и хлористый натрий. Такой электролит обладает более низкой температурой плавления, более высокой электропроводимостью и меньше растворяет магний. В процессе электролиза идет непрерывное разложение хлористого магния, поэтому для восполнения его расхода в ванну периодически вводят свежие расплавленные хлористые соли.

Магниевые ванны, состоящие из четырех−шести секций, (см. рис. 20), соединяют последовательно в серии по 60…100 шт. Число

74

ванн в серии определяется напряжением источника постоянного электрического тока: напряжение ванны, которое зависит от ее конструкции, межполюсного расстояния, состава электролита, колеблется в пределах 4,6…6 В.

5

4

3

2

1

Рис. 20. Электролизер для получения магния: 1 − анод; 2 − катоды; 3 − диафрагма; 4 − труба для отвода хлора из анодного пространства; 5 − катодные шипы

Электролиз должен протекать при температуре 690…720 °С, при этом нижнего предела желательно придерживаться при питании ванн хлористым магнием, а верхнего − при питании карналлитом. В процессе электролиза необходимо наблюдать за температурой электролита, так как отклонение от нормы, особенно в сторону повышения, значительно ухудшает показатели процесса.

75

Вслучае перегрева электролита применяют загрузку твердого хлористого натрия.

Извлекают магний из электролизера не реже одного раза в сутки, применяя вакуумные ковши.

Извлеченный из ванн магний обычно содержит более 0,1 % примесей, отрицательно влияющих на его механические свойства и коррозионную стойкость, поэтому он всегда подвергается очистке.

Наиболее часто магний рафинируют флюсами; это позволяет очистить магний главным образом от неметаллических примесей, предохранить металл от окисления во время плавки.

Магний обычно рафинируют в тигельных печах сопротивления. В тигель заливают 1000…1500 кг жидкого магния сырца и добавляют рафинирующий флюс, в состав которого входят MgCl2, KCl и другие компоненты. Металл нагревают до температуры 720 °С и интенсивно перемешивают с флюсом, растворяя в нем хлориды и неметаллические примеси; затем печь отключают и дают остыть до температуры 690 оС. Это обеспечивает отстаивание магния от флюса и отделение твердых примесей. Иногда удается выделить

восадок и часть растворенного в магнии железа, растворимость которого при охлаждении снижается.

Впоследние годы для рафинирования магния начали применять закрытые печи непрерывного действия, в которые вводят инертные газы, предохраняющие магний от окисления. Наилучшие результаты рафинирования можно получить при сублимации магния в вакууме.

76

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1.Технология металлов и материаловедение / В.В. Кнорозов, А.Ф.Усова [и др.]. − М.: Металлургия, 1987.

2.Материаловедение и технология конструкционных материалов /

Ю.П. Солнцев [и др.]. − М.: МИСиС, 1996.

3. Технология металлов и конструкционные материалы / Б.А. Кузьмин [и др.]. − М.: Машиностроение, 1989.

4.Береснев Г.А., Уточкин В.В. Основы производства высококачественной стали: метод. указания к разделу «Металлургия». − Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2007.

77

Учебное издание

Г.А. Береснев, И.Л. Синани, И.Ю. Летягин

ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА ЧУГУНА, СТАЛИ, АЛЮМИНИЯ, МЕДИ, ТИТАНА И МАГНИЯ

Учебное пособие

Редактор и корректор О.В. Санина

Подписано в печать 26.01.2011. Формат 60×90/16.

Усл. печ. л. 4,875.

Тираж 100 экз. Заказ № 11/2011.

Издательство Пермского государственного технического университета.

Адрес: 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, к. 113.

Тел. (342) 219–80–33.

78