25

Мал.3.4. Схема безперервного розливання стали

3.3. Способи підвищення якості стали

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

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

Вакуумирование стали проводять у ковші, при переливі з ковша в ківш, при заливанні в изложницу.

Для вакуумирования 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 (ЭШП) застосовують для виплавки високоякісних сталей для підшипників, жароміцні сталей.

Схема електрошлакового переплаву представлена на мал.3.5.

Переплаву зазнає виплавлений у дуговій печі й прокачаний на пруток метал. Джерелом теплоти є жужільна ванна, що нагрівається електричним струмом. Електричний струм підводить до електрода, що переплавляється, 1, зануреному в жужільну ванну 2, і до піддона 9, установленому у кристаллизаторе кристаллизаторе 7, у якім перебуває запал 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 утворюють під жужільним шаром металеву ванну 4. Перенос крапель металу через основний шлаки сприяє видаленню з металу сірки, неметалічних включень і газів. Металева ванна поповнюється шляхом розплавлювання електрода, і під впливом кристаллизатора вона поступово формується в злиток 6. Зміст кисню зменшується в 1,5…

26

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.

Мал.3.5. Схема електрошлакового переплаву

ВакуумнооДуговий переплав (ВДП) застосовують із метою видалення з металу газів і неметалічних включень.

Процес здійснюється у вакуумноодугових печах з електродом, що витрачається. Катод виготовляють механічною обробкою злитка виплавлюваного в електропечах або установках ЭШП.

Схема вакуумно-дугового переплаву представлена на мал. 3.6.

Мал.3.6. Схема вакуумно-дугового переплаву

електрод, що витрачається, 3 закріплюють на водоохлаждаемом штоку 2 і поміщають у корпус печі 1 і далі в мідну водоохлаждаемую изложницу 6. З корпуса печі откачивают повітря до залишкового тиску 0,00133 KПа. При подачі напруги між електродом, що витрачається, 3 (катодом) і запалом 8 (анодом) виникає дуга. теплота,

27

що виділяється, розплавляє кінець електрода. Краплі рідкого металу 4, проходячи зону дугового розряду дегазуються, заповнюють изложницу й затвердевают, утворюючи злиток 7. Дуга горить між електродом і рідким металом 5 у верхній частині злитка протягом усієї 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.

3.4. Виробництво кольорових металів>

Виробництво міді

Мідь у природі перебуває у вигляді сірчистих з'єднань (Cus, Cu2S), оксидів (Cuo, Cu2O), гідрокарбонатів (Cu(OH)2), вуглекислих з'єднань у складі сульфідних руд і самородної металевої міді.

Найпоширеніші руди – мідний колчедан і мідний блиск, що містять 1…2 % міді.

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

Гідрометалургійний спосіб – одержання міді шляхом її выщелачивания 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 проводиться методом флотації й окисного випалу.

Метод флотації заснований на використанні різної смачиваемости медьсодержащих часток і порожньої породи. Дозволяє одержувати мідний концентрат, що містить 10…35 % міді.

Мідні руди й концентрати, що містять більші кількості сірки, зазнають окисному випалу. У процесі нагрівання концентрату або руди до 700…800 0C у присутності кисню повітря сульфіди окисняться 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 зазнають плавці на штейн, що представляє собою сплав, що містить сульфіди міді й заліза (Cu2S, Fes). Штейн містить 20…50 % міді, 20…40 % заліза, 22…25 % сірки, близько 8 % кисню й домішки нікелю, цинку, свинцю, золота, срібла. Найчастіше плавка проводиться в полум'яних відбивних печах. Температура в зоні плавки 1450 0C.

Отриманий мідний штейн, з метою окиснення сульфідів і заліза, піддають продувці

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 изложницы або на разливочной машині.

Чорнову мідь рафінують для видалення шкідливих домішок, проводять вогневе, а

потім електролітичне рафінування.

Сутність вогневого рафінування чорнової міді полягає в окисненні домішок, що мають більшу спорідненість до кисню, чому мідь, видаленні їх з газами й перекладі в шлаки. Після вогневого рафінування одержують мідь чистотою 99…99,5%. Її розливають в

28

изложницы й одержують чушки для подальшої виплавки сплавів (бронзи й латуні) або злитки для електролітичного рафінування.

Електролітичне рафінування проводять для одержання чистої від домішок міді

(99,95% Cu).

Електроліз проводять у ваннах, де анод виготовляють із міді вогневого рафінування, а катод – з тонких аркушів чистої міді. Електролітом служить водяний розчин Cuso4

(10…16%) і H2SO4 (10…16%).

При пропущенні постійного струму анод розчиняється, мідь переходить у розчин, а на катодах розряджаються іони міді, осаджуючись на них шаром чистої міді.

Домішки осаджуються на дно ванни у вигляді шлаків, який іде на переробку з метою добування металів.

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

Мідь по чистоті підрозділяється на марки: М0 (99,95% Cu), М1 (99,9%), М2(99,7%),

М3 (99,5%), М4 (99%).

Виробництво магнію

Для одержання магнію найбільше поширення одержав електролітичний спосіб, сутність якого полягає в одержанні чистих безводних солей магнію, електролізі цих солей у розплавленому стані й рафінуванні металевого магнію.

Основною сировиною для одержання магнію є: карналлит, магнезит, доломіт, бишофит. Найбільша кількість магнію одержують із карналлита. Спочатку карналлит збагачують і збезводнюють. Безводний карналлит використовують для готування електроліту.

Електроліз здійснюють в электролизере, футерованном шамотною цеглою. Анодами служать графітові пластини, а катодами – сталеві пластини. Электролизер заповнюють розплавленим електролітом состава:

10 % Mgcl2, 45 % Cacl2, 30 % Nacl, 15 % Kcl, з невеликими добавками Naf і Caf2. Такий состав електроліту необхідний для зниження температури його плавлення (720 0С). Для електролітичного розкладання хлористого магнію через електроліт пропускають струм. У результаті утворюються іони хлору, які рухаються до анода. Іони магнію рухаються до катода й після розряду виділяються на поверхні, утворюючи крапельки рідкого чорнового магнію. Магній має меншу щільність, чому електроліт, тому він спливе на поверхню, звідки його періодично видаляють вакуумним ковшем.

Чорновий магній містить 5 % домішок, тому його рафінують переплавленням із флюсами. Для цього чорновий магній і флюс, що полягає з Mgcl2, Kcl, Caf2, Nacl, Cacl2 нагрівають у печі до температури 700…750 0С и перемішують. При цьому неметалічні домішки переходять у шлаки. Потім пекти прохолоджують до температури 670 0С и магній розливають в изложницы на чушки.