книги из ГПНТБ / Эйдензон М.А. Металлургия магния и других легких металлов учеб. пособие

4. РАЗЛИВКА МАГНИЯ И СПЛАВОВ

Существуют два промышленных метода механизированного литья магния и сплавов: разливка на конвейере и полунепрерыв­ ное литье в охлаждаемый кристаллизатор.

и транспортера с установленными на нем изложницами. Внутри станок футерован огнеупорным кирпичом и имеет устройство для

Р н с . 48- С хем а р а з л и в к и м а гн и я и сп л а в о в на ко н в е й е р е :

/ — ц е п ь с и з л о ж н и ц а м и ; 2 — п о в о р о тн ы й к о в ш ; 3 — п о д ъ е м н и к

электрического или газового подогрева тигля. Станок поднимается и поворачивается с помощью механического или гидравлического приврда.

Когда перерабатывают магний-сырец в ПНР, рафинированный магний перекачивают к конвейеру из печи по трубам. При полу­ чении сплавов в печи с выемным тиглем сплав разливают из тигля, установленного в поворотный станок конвейера.

Изложницы конвейера перед началом литья подогревают до 150° С электрической печью, установленной под ними, тщательно очищают от окалины, шлама и других загрязнений и покрывают изнутри краской следующего состава: 3,2 ч. по массе борной кис­ лоты, 8,7 ч. мела и 2,7 ч. жидкого стекла.

Тигель с готовым к разливке металлом устанавливают в пред­ варительно разогретую шахту станка и закрепляют в нем. Осто­ рожно отводят флюсовый покров от носка тигля, а обнаженную поверхность металла присыпают порошкообразной смесью серы и борной кислоты. Затем пускают в ход транспортер с изложницами'и механизм наклона тигля. Скорости наклона станка (при разливке магния из ПНР — скорость перекачки магния насосом) подбирают такими, чтобы изложницы наполнялись до необходи­ мого уровня, а металл успел своевременно затвердеть. Ось по­ ворота станка расположена так, чтобы положение струи металла не изменялось при наклоне тигля. Для предохранения от окисле­ ния струю металла и поверхность металла в чушках присыпают серным порошком.' Загораясь, сера образует защитную атмосферу из сернистого газа. Можно для указанной цели применять серни-

141

стый газ из баллонов или специальных генераторов. Во время движения конвейера металл в изложницах застывает и в виде чу­ шек выпадает из изложниц в противоположном конце конвейера.

Заливку металла в изложницы прекращают при появлении

вструе металла первых следов шлама. Донные остатки сливают

вотдельный тигель, установленный в печи, перегревают до 740° С

ирафинируют обычным спо­ собом с флюсом. После отстоя от шлама чистый металл сли­ вают и используют в обычном порядке.

По л у н е п р е р ы в н о е

ли т ь е. Схема полунепре­ рывного литья магниевых сплавов приведена на рис. 49. Металл поступает в распре­ делительную воронку и от­ туда в охлаждаемый водой кристаллизатор на торцовую поверхность поддона. В на­ чале литья поддон занимает крайнее верхнее положение; по мере застывания металла он опускается и вытягивает слиток. Поверхность слитка

ремещают в верхнее положе­ ние и начинают отливку нового слитка. Поддон перемещается с помощью цепного механизма от электрического привода. Гото­ вые слитки разрезают на мерные заготовки механической пилой.

При разливке металла из наклоняющегося тигля не исключена возможность попадания кусочков флюса и окисной пленки в от­ ливку, что ухудшает ее качество. Наиболее высокая чистота ме­ талла, а также степень механизации его разливки достигается при закрытом переливе металла из печи — перекачкой насосом.5

5. ЗАЩИТА ЧУШЕК МАГНИЯ И СПЛАВОВ ОТ КОРРОЗИИ

Для предотвращения коррозии на поверхность чушек магния и сплавов наносят защитные покрытия. Сначала механическим путем удаляют оставшиеся на поверхности чушки флюсовые вклю­ чения, а затем отмывают чушки от солевых включений в горячем

142

растворе кальцинированной соды. ВоДа растворяет все имеющиеся на поверхности металла солевые включения, а сода устраняет коррозионное действие на магний горячей воды, содержащей растворенные хлориды. Затем чушки промывают в холодной про­ точной воде и далее в горячем растворе калиевого хромпика. На поверхности чушек остается тонкая защитная окисная пленка. После обработки чушки высушивают и покрывают смесью рас­ плавленного парафина и вазелина.

5 — с у ш к а ; 6 — з а ж и р о в к а ; 7 — в ы г р у з к а

*

На рис. 50 приведена схема конвейера для нанесения защит­ ного покрытия на чушки магния или сплавов. Конвейер состоит из металлического прямоугольного бака, разделенного перегород­ ками на секции, в которых находятся содовый раствор, вода, раствор хромовых солей и расплавленная вазелино-парафиновая смесь. Кривошипным механизмом пакет чушек непрерывно и по­ следовательно \переносится во все секции конвейера, в которых металл проходит защитную обработку.

6 . НОРМЫ И ПОКАЗАТЕЛИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО РЕЖИМА

Ниже приведены нормы и основные технологические показа­ тели рафинирования магния (табл. 15) и получения сплавов.

N

При нанесении защитного покрытия применяют следующие со­ ставы: содовый раствор (температура 60—70° С, концентрация Ыа2С 03 15—40 г/л); раствор хромпика (температура не ниже 85° С; концентрация К2Сг20 7 1,5—2,5 г/л); жировая смесь (40% пара­ фина и 60% вазелина; температура не ниже 60° С).

Температуру металла измеряют хромель-алюмелевой термо­ парой с гальванометром. Температуру в печи регулируют, вклю­ чая или выключая печь вручную или автоматически, посредством электронного терморегулятора. Температура растворов поддер­ живается в заданных пределах терморегулятором, концентрацию солей определяют химическим анализом проб растворов.

Содержание основных компонентов и примесей в магнии и сплавах определяют экспресс-анализом проб, отбираемых на от­ дельных стадиях процесса. Соответствие товарного металла тре­ бованиям ГОСТа устанавливают на основании осмотра наружной поверхности чушек, а также химического или специального ана­ лиза металла.

7.ПОЛУЧЕНИЕ МАГНИЯ

ИЕГО СПЛАВОВ ВЫСОКОЙ ЧИСТОТЫ

Для ряда отраслей новой техники (атомная энергетика, син­ тез полупроводниковых соединений и др.) требуется магний по­ вышенной чистоты (не менее 99,95% Mg), обладающий высокой коррозионной стойкостью. Особенно важно уменьшение содер­ жания железа, так как оно сильно увеличивает способность маг­ ния и его сплавов к коррозии. Обычным методом рафинирования невозможно уменьшить содержание железа в магнии до менее 0,08—0,04%. Ниже рассмотрены некоторые методы получения особо чистого магния.

Р а ф и н и р о в а н и е м а г н и я в о з г о н к о й осно­ вано на различии величин упругости паров магния и примесей, которые обычно присутствуют в нем. Эти примеси (железо, медь, кремний, алюминий и кальций) менее летучи, чем магний, поэтому при испарении технически чистого магния при пониженном дав­ лении эти примеси остаются в твердом состоянии, возгон же со­ стоит преимущественно из чистого магния.

Возгонку проводят в вакуумных электрических печах сопро­ тивления. Магний загружают в реторту, соединенную с конден­

144

15% MgCl2) 10% ВаС12, 40—50% NaCl, 30—40% KC1. По мере растворения магния на аноде через карман добавляют новые порции магния-сырца. Плотность электролита больше плотности магния, но меньше плотности утяжеленного анодного сплава. По­ этому выделяющийся на катоде магний плавает на поверхности электролита, откуда его извлекают вакуум-ковшом.

Процесс протекает при 700—720° С; плотность тока: анодная 0,6—0,8 А/см12, катодная 0,6—1,0 А/см2; расстояние между электро­

3Mg + 2TiCl3 = 3MgCl2 + 2Ti.

Восстановленный дисперсный титан сорбирует примеси (хлор, кислород), а с железом образует, по-видимому, интерметалличе­ ское соединение. После осаждения титана и других твердых при­ месей содержание железа в магнии уменьшается в 8—10 раз.

Разработана технология рафинирования магния лигатурой— сплавом низших хлоридов титана, хлоридов калия, натрия, магния

ний-сырец заливают в тигель, установленный в шахтной печи, и при перемешивании вводят в него лигатуру в виде кусочков раз­ мером 20—30 мм. Перемешивают содержимое тигля при 690— 710° С в течение 10 мин и затем отстаивают магний от примесей в течение 20—30 мин. Наиболее глубокая очистка магния от же­ леза (содержание Fe менее 0,01%) достигается, если количество вводимого с лигатурой титана не менее 0,16% от массы магния. Показано, что с увеличением содержания титана в лигатуре рас­ ход ее уменьшается. Так, на 1 т магния расходуется 40—50 кг лигатуры с 3,84% Ti и 7—10 кг лигатуры с 20—22% Ti (в составе растворимых солей).

Технология обработки магния титансодержащей лигатурой проста и не требует специального оборудования. Такой способ получения особо чистого магния освоен в промышленном масштабе и внедрен в производство 2. Магний, рафинированный титансодер­ жащими присадками содержит до 0,02% Ti. При разливе такого металла (при 700° С) он активно окисляется, что объясняется взаи­ модействием титана с кислородом воздуха. Для уменьшения окис-

1 В и х а р е в А. Ф., Р о д я к и н В. В., Б а р а н о в с к и й А. И. —

«Цветные металлы» (Бюл. ин-та «Цветметинформация»), 1968, № 15, с. 36—37. 2 В я т к и н И. П. и др. — В кн.: Металловедение сплавов легких металлов.

М., «Наука», 1970, с. 185.

146

мешивают содержимое тигля в течение 15—20 мин. Сплав отстаи­ вают 30—40 мин от железа и разливают в водоохлаждаемые кокили. Применение такой технологии позволяет получать сплав с содержанием менее 0,005% Fe; 0,001% № и 0,004% Си.

Г Л А В А X I

ОЧИСТКА ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ И с т о ч н ы х вод

Отходящие газы из печей для первичного обезвоживания карнал­ лита и печей СКН содержат, кроме обычных компонентов дымовых газов, хлористый водород. Газы из хлораторов и катодного про­ странства электролизеров содержат значительное количество хлора, а также хлористый водород. Согласно санитарным нормам, такие газы должны быть перед выпуском в атмосферу обязательно очи­ щены от хлора и хлористого водорода. Обычно очищенные газы выпускают в атмосферу через высокие (100—150 м) дымовые трубы. Степень ' очистки газов от вредных компонентов должна быть по меньшей мере такой, чтобы с учетом их разбавления воздухом в Верхних слоях атмосферы при выходе из трубы среднесуточная концентрация хл'ора и хлористого водорода в воздухе населенных пунктов не превышала соответственно 0,03 и 0,2 мг/м3.

Отходящие газы, содержащие хлористый водород, а также не­ которое количество карналлитовой пыли, можно очищать посред­ ством орошения водой в скруббере с насадкой. Хлористый водород хорошо растворяется в воде, поэтому степень очистки газов от него в скруббере достигает 95—96% . Сточная вода из скруббера пред­ ставляет собой слабый раствор соляной кислоты.

Способ очистки газов орошением водой «на проток» обладает многими недостатками: 1) большой расход воды на орошение; 2) большой объем сточной воды и низкая концентрация НС1 в ней, что весьма затрудняет и удорожает нейтрализацию сточной воды (см. ниже); 3) необходимость применения мощных дымососов для преодоления сопротивления насадки.

В значительной мере эти недостатки устраняются применением полых, безнасадочных скрубберов в рециркуляционной системе орошения. При этом расход воды и соответственно стоки сокра­ щаются примерно в 20 раз, но и в такой же степени увеличивается концентрация НС1 в сточной воде. Недостатком этой схемы яв­ ляется сильная агрессивность циркулирующего теплового кислого раствора, что вынуждает принимать особые меры для защиты аппаратуры и коммуникаций от коррозии.

Растворимость хлора в воде невелика, поэтому водяная про­ мывка газов, содержащих значительное количество хлора (газы катодного отсоса из электролизеров, отходящие газы хлораторов), неэффективна. Такие газы очищают от хлора и хлористого водо­

148

рода, орошая их известковым молоком. При этом хлористый водо­ род реагирует с известью, образуя хлористый кальций:

2НС1 + Са (ОН) „ = СаС12 + 2Н20,

либо смесь сульфатов или окислов никеля, железа и меди, либо отходы нихрома, либо шлам, содержащий карбонат никеля (отход производства при извлечении соединений кобальта из огарка от обжига пирита в производстве серной кислоты).

В присутствии катализатора основная масса гипохлорита разлагается, со­

Отработанное известковое молоко выпускают в специальные накопители отстойники.

На рис. 53 приведена принципиальная схема комплексной очистки отходящих газов на магниевом заводе, где сырьем служит искусственный карналлит, полу­ чаемый из вторичного хлор-магниевого раствораИзвестняк обжигают при. 1000— 1100° С в печи, получая негашеную известь:

СаСОз = СаО С 02.

Известь гасят избытком горячей (80—90° С) воды в гасителе барабанного типа:

СаО 4- Н 20 = Са (ОН) 3

149

Полученную водную суспензию гидроокиси кальция («известковое молоко») концентрацией 150 г/л (в пересчете на СаО) очищают в классификаторе от твер­ дых примесей-

Отходящие газы очищают от вредных компонентов в скоростных безнасадочных скрубберах. Хлорсодержащие газы орошаются циркулирующим известко­ вым молоком. Наряду с взаимодействием хлора с известью по реакциям, указан­ ным выше, в скруббере могут протекать реакции НС1 и С 0 2 (если они присут­ ствуют в газе) с известью, в результате которых образуется СаС12 и СаС03.

Когда концентрация СаО в молоке снизится до 20 г/л, а содержание гипо­ хлорита кальция достигнет 80 г/л, часть циркулирующего молока выводят из системы и добавляют туда свежее известковое молоко. Раствор гипохлорита нагревают в реакторе паром до 90° С и затем обрабатывают сульфитом натрия.

Щелочной раствор, выходящий из реактора, после разложения гипохлорита используют для очистки отходящих газов, содержащих хлористый водород (из печей КС).

По мере нейтрализации щелочности в систему добавляют свежий раствор. Когда концентрация СаС12 в растворе достигнет 25%, его освобождают фильтро­

ванием от твердых примесей (СаСОз, CaSOi и др.) и используют для осаждения

SO;j— из вторичного хлор-магниевого щелока. Степень очистки отходящих газов

от пыли и хлористого водорода составляет 100%, от хлора 98—99%. Гипохлоридный раствор, получаемый при орошении хлорсодержащих газов

известковым молоком, может быть использован как окислительный агент на ряде производств, которые нуждаются в дешевых окислителях, например на флота­ ционных фабриках или производствах, использующих цианистые соли-

На некоторых магниевых заводах внедрен метод очистки отходящих газов от хлора путем сжигания его в топке печей для первичного обезвоживания кар­ наллита в факеле горения топлива К Отходящие газы подают в топку вместо пер­ вичного воздухаПри высокой температуре хлор реагирует с водяным паром, который всегда присутствует в продуктах сгорания генераторного газа или мазута.

Образующийся в результате реакции хлористый водород удаляется из печи вместе1

150