Реферат
На тему: Производство металлов иих сплавов
Содержание
ПРОИЗВОДСТВОЧУГУНА
ПРОИЗВОДСТВО СТАЛИ
МЕДЬ И ЕЁ СВОЙСТВА
АЛЮМИНИЙ И ЕГО СПЛАВЫ
ТИТАН, МАГНИЙ И ИХ СПЛАВЫ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ НАГРЕВЗАГОТОВОК ПЕРЕД ОМД
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
ПРОИЗВОДСТВО ЧУГУНА
Исходные материалы
Железов чистом виде редко находят в поверхностных слоях земной коры. Благодарябольшой склонности к окислению в земной коре встречаются обычно окислы железа всмеси с окисленными соединениями других элементов.
Насчитываетсяоколо 200 различных минералов, содержащих железо. Ведущие геологи академики В.И. Вернадский и А. П. Виноградов считают, что в земной коре (до глубины 16 км)содержатся примерно 5% железа в виде окислов, карбонатов, сульфидов и другихсоединений. В отдельных местах земной коры имеются значительно большиескопления соединений железа. Наиболее крупные и богатые окисленнымисоединениями железа скопления минералов называют месторождениями железных руд.
Рудами называют горные породы, которыетехнически возможно и экономически целесообразно перерабатывать для извлечениясодержащихся в них металлов.
Кжелезным рудам относяткрасный, бурый, магнитный и шпатовый железняки.
Этируды содержат значительное количество рудного вещества или соединений железа,из которого оно извлекается, и относительно небольшое количество пустой породы,легко отделяющейся при переработке.
В зависимостиот количества рудного вещества различают богатые и бедные руды. Железныеруды принято называть богатыми, если они содержат более половины железа.
Пустой породой рудыназывают такие минералы, которые не вносят серьезных технологических осложненийв металлургическую переработку и легко отделяются от рудных минералов или впроцессе обогащения (см. ниже), или переходят в шлаки при плавке.
Пустой породой в железныхрудах чаще всего являются: кремнезем, каолин, реже доломит и магнезит. Основнымирудообразующими минералами железа являются гематит, лимонит, магнетит исидерит.
Красныйжелезняк (гематит)содержит железо главным образом в виде Fe2O3 — безводной окиси железа. Пустойпородой в нем обычно бывает кремнезем. Содержание железа в красных железнякахсоставляет 45—65% при малом содержании вредных примесей. Красный железнякхорошо восстанавливается в доменных печах.
Бурыйжелезняк (лимонит)содержит железо в форме водных окислов типа Fe2O3-mH2O спеременным количеством гидратной влаги.
Собственнолимонитом обычно называют минерал, содержащий 57,14% Fe2O3 и 25,3% Н2О и имеющийжелтую окраску. Обычно бурый железняк содержит 25—50 % Fe, но гидратная влага, легко удаляемая при плавке, делает рудупористой и легко поддающейся восстановлению. Ее пустая порода обычно состоит изглины.
Магнитныйжелезняк (магнетит)содержит железо главным образом в виде Fe3O4 (закись-окись железа), обладающейхорошо выраженными магнитными свойствами. Магнетиты содержат железа от 40 до70% и являются наиболее богатыми железными рудами, но восстанавливаются труднеедругих руд, так как являются плотными горными породами.
Шпатовыйжелезняк (сидерит)содержит железо в виде углекислой соли FeCO3. Его пустая порода содержит алюмосиликаты и магнезит,а содержание железа колеблется от 30 до 37%. Для повышения процента железа этируды перед плавкой обжигают, удаляющийся при этом углекислый газ делает рудупористой и легко поддающейся восстановлению.
Дляпроизводства чугуна, кроме железных руд, требуются и другие материалы. К ним впервую очередь следует отнести марганцевую руду, флюсы и кокс.
Марганцевыеруды загружаютсявместе с железными рудами в доменную печь, если поступающая на плавку железнаяруда содержит недостаточное количество марганца для получения чугунанеобходимого качества. Флюсы вводят в доменную печь для того, чтобы ине допустить «зарастания» рабочего пространства печи и обеспечить плавку пустойпороды руды и золы топлива при необходимой температуре: не слишком высокой,чтобы не тратить много топлива и не слишком низкой, при которой окислы железаеще не успевают восстановиться. Количество и характер добавляемых флюсовзависят от количества и химического состава пустой породы и определяютсярасчетным путем. Так как пустая порода железных руд обычно содержит кремнезем,в качестве флюса в доменных печах часто применяют известняк СаСО3, содержащийминимальное количество вредных примесей.
Каменноугольныйкокс в современномдоменном производстве играет двоякую роль. Во-первых, служит топливом иобеспечивает нагрев печного пространства до необходимой температуры и,во-вторых, обеспечивает восстановление окислов железа (см. ниже). Благодарясвоей большой механической прочности, пористости и значительной теплотворнойспособности он применяется теперь повсеместно и почти вытеснил применявшийсяранее для этих целей древесный уголь. Каменноугольный кокс содержит 82—88%твердого углерода, от 5 до 10% золы, однако всегда содержит и серу от 0,5 до2,0%.
Исходные материалы для производства ЧУГУНА.Материалы Разновидность Химический состав Назначение 1. Железная руда Красный железняк
Fe2O3 SiO2 S
Al2O3 Источник железа Бурый железняк Fe2O3·H2O+CaO+P Магнитный железняк Fe3O4 MgO 2. Флюс Известняк CaCO3 Для удаления окислов пустой породы Доломитизированный известняк CaCO3 и MgCO3 3. Топливо Кокс
85%C+10%зола+
+2S+H2O
Источник теплоты
Химический реагент восстанавливающий железо Природный газ ~98%CH4 Мазут ~4%S 4. Огнеупоры Основные CaO, MgO Для футеровки печей и агрегатов Кислые SiO2 Нейтральные SiO2+Al2O3
Подготовкажелезных руд к плавке.Операции Разновидности операций Схемы Назначение Дробление Истирание
/> Для получения однородных кусков. Дробление
/> Обогащение Гравитация
/>
Для увеличения
% Fe
Магнитная
Сепарация
/> Окускование Агломерация
/>
Проводят с целью получения кусков концентр.
10 – 50 мм. Окатывание
/>
Огнеупорныематериалы
Материалы,применяемые для футеровки рабочего пространства этих аппаратов, называют огнеупорными (огнеупорами).Их изготовляют главным образом из устойчивых природных минералов, придавая имформу кирпичей, порошков и различных фасонных изделий. По химическим свойствамогнеупорные материалы делят на кислые, основные и нейтральные.
Характернымкислым огнеупором является динасовый кирпич, изготовляемый из кварца(93—96% SiO2) с небольшой добавкой извести (2—3%СаО) для связи. Он имеет огнеупорность (температуру размягчения под действиемсобственного веса) 1650— 1730°С и применяется для кладки печей, работающих скислыми шлаками, содержащими большое количество SiO2.
Характернымосновным огнеупором является магнезитовый кирпич, изготовляемый изобожженного при- высокой температуре природного магнезита (91—94% MgO, остальное СаО, A12OS, SiO2, Fe2O3). Кроме того, широко применяется в виде дробленого иобожженного природного минерала основной огнеупор — доломит (СаО -f MgO). Основные огнеупоры стойки к известковым (основным)шлакам и пыли до температуры 1800—1900° С.
К нейтральнымможно отнести углеродистые огнеупоры, выдерживающие нагрев до 2000° С имало взаимодействующие с очень агрессивными шлаками. Их изготовляют изантрацита и других чистых углеродистых материалов. Они содержат около 90%углерода и делятся на угольные и графитовые. Из них делают тигли, электроды илиими футеруют электролизные ванны для получения алюминия и отдельные части другихпечей.
Нейтральнымиявляются хромиты, изготовленные из природного хромистого железняка. Хромитовыйкирпич содержит примерно 30% Сг2О3 и по 25% MgO и Fe2O3.
Устойчивымогнеупором является хромомагнезитовый кирпич, изготовляемый из смеси хромита имагнезита; его химические свойства приближаются к нейтральным при содержаниихромита не менее 28%, с меньшим содержанием хромита эти огнеупоры имеют слабоосновной характер.
Наиболеераспространенным и дешевым огнеупором является шамот, изготовляемый изобожженной глины (каолинита Аl2О3·2SiO2-2H2O), его химические и огнеупорныесвойства изменяются в широких пределах в зависимости от химического состава.Шамоты, содержащие менее 60% SiO2 и 40% А12О3,устойчивы против кислых и основных шлаков и практически почти нейтральны.Шамоты, содержащие более 60% SiO2 и 30% А12О3,обладают слабо выраженными кислотными свойствами, а глинистые огнеупоры,содержащие более 65% SiO2, принятоназывать полукислыми; они обладают наименьшей огнеупорностью, но дешевы.
Высокоглиноземистыеогнеупоры (А12О3 более 45%) обладают очень высокойогнеупорностью (до 2000° С), высокой стойкостью к перепаду температур и большейустойчивостью против кислых и основных шлаков, но стоят они дорого.Обогащение руд
Обогащением называют обработку руды, неизменяющую химического состава основных минералов и их агрегатного состояния.Обогащением из руды отделяют часть пустой породы, в результате в оставшейсячасти, называемой концентратом, процентное содержание рудной массы увеличивается.Отделенную от руды пустую породу называют хвостами, если она не представляетникакой ценности, при обогащении ее отбрасывают. В технике в зависимости отхарактера рудных минералов применяют много различных способов обогащения.Наиболее известны и широко применяются: рудоразборка, магнитное,гравитационное и флотационное обогащение.
Магнитноеобогащение применяютк минералам, имеющим большую магнитную восприимчивость. Такие минералы отделяютмагнитом или электромагнитом от других минералов. По степени притягиваемостимагнитом различают: минералы сильномагнитные, среднемагнитные, слабомагнитные инемагнитные.
Аппараты, применяемые длямагнитного обогащения, называют магнитными сепараторами. Еслинеобходимо магнитное обогащение крупных кусков (120—150мм), используютмагнитные сепараторы, работающие в воздушной среде. Для мелких кусков (менее 8мм) применяется как сухая, так и мокрая магнитная сепарация.
Гравитационноеобогащение основанона различии в плотности и скорости падения зерен минералов в жидкостях и навоздухе. Простейшим ее видом является промывка водой железных руд для отделенияпесчано-глинистой пустой породы.
Однакобольший эффект можно достичь, применяя отсадочные машины или концентрационныестолы.Подготовкаматериалов к доменной плавке
Доменнаяпечь работает нормально, если она загружена кусковым материалом оптимальногоразмера. Слишком крупные куски руды и других материалов не успевают за время ихопускания в печи прореагировать в их внутренних слоях и при этом частьматериала расходуется бесполезно; слишком мелкие куски плотно прилегают друг кдругу, не оставляя необходимых проходов для газов, что вызывает различныезатруднения в работе, наиболее удобным материалом для доменной плавки являютсякуски от 00 до 80мм в поперечнике.
Поэтомудобываемые на рудниках куски руды просеивают через так называемые грохоты,и куски более 100 мм в поперечнике подвергают дроблению до необходимыхразмеров. При дроблении материалов, как и при добыче руды в рудниках, наряду скрупными кусками образуется и мелочь, тоже не пригодная к плавке в шахтныхпечах. Возникает необходимость окускования этих материалов до нужных размеров.Выплавкачугуна
Получениечугуна из железных руд осуществляется в доменных печах. Доменные печи являютсякрупнейшими современными шахтными печами. Большинство действующих сейчасдоменных печей имеет полезный объем 1300—2300 м3 — объем, занятый загруженнымив нее материалами и продуктами плавки. Эти печи имеют высоту примерно 30 м идают в сутки по 2000 т чугуна.
Сущностьдоменной плавки сводится к раздельной загрузке в верхнюю часть печи, называемойколошником, руды (или агломерата), кокса и флюсов, располагающихся, поэтому вшахте печи слоями. При нагревании шихты за счет горения кокса, котороеобеспечивает вдуваемый в горн горячий воздух, в печи идут сложныефизико-химические процессы (которые описаны ниже) и шихта постепенно опускаетсявниз навстречу горячим газам, поднимающимся вверх. В результате взаимодействиякомпонентов шихты и газов в нижней части печи, называемой горном, образуютсядва несмешивающихся жидких слоя — чугун и шлак.
Материалыподаются к печи двумя скиповыми подъемниками с опрокидывающимися ковшамивместимостью по 17 м3, доставляющими агломерат, кокс и другиедобавки к засыпному устройству на высоту 50 м. Засыпное устройство доменнойпечи состоит из двух поочередно опускающихся конусов. Для равномерногораспределения материалов на колошнике печи малый конус с цилиндром после каждойзасыпки поворачивается на заданный угол (обычно 60°).
Вверхней части горна располагаются фурменные отверстия (16—20 шт.), черезкоторые в печь подается под давлением около 300 кПа горячий, обогащенныйкислородом воздух при температуре 900—1200° С.
Жидкийчугун выпускается каждые 3—4 ч поочередно через две или три летки, которые дляэтого вскрываются с помощью электробура. Выливающийся из печи чугунвыносит с собой и шлак, находящийся над ним в печи. Чугун направляется пожелобам литейного двора в чугуновозные ковши, расположенные на железнодорожныхплатформах. Шлак, выливающийся с чугуном, предварительно отделяется от чугуна вжелобах с помощью гидравлических запруд и направляется в шлаковозы. Кроме того,значительную часть шлака обычно выпускают из доменной печи до выпуска чугуначерез шлаковую летку. После выпуска чугуна летка закрывается путем ее забивкипробкой из огнеупорной глины с помощью пневматической пушки.
Условнопроцесс, протекающий в доменной печи, можно разделить на следующие этапы:горение углерода топлива разложение компонентов шихты; восстановление окислов;науглероживание железа; шлакообразование.
Горениеуглерода топливапроисходит главным образом возле фурм, где основная масса кокса, нагреваясь,встречается с нагретым до 900—1200°С кислородом воздуха, поступающим черезфурмы.
Образовавшаясяпри этом углекислота вместе с азотом воздуха поднимается вверх и, встречаясь сраскаленным коксом, взаимодействует с ним по реакции
СО2 + СТВ=2СО
Разложениекомпонентов.шихтыпротекает различно — в зависимости от ее состава. При работе на буром железнякеважнейшими процессами здесь являются разрушение гидратов окиси железа и окисиалюминия, разложение известняка по реакции
СаСО3=СаО+СО2
Восстановлениеокислов можетпроисходить окисью углерода, углеродом и водородом. Главной целью доменногопроцесса является восстановление железа из его окислов. Согласно теорииакадемика Б а и к о в а восстановление окислов железа идет ступенчато последующей схеме
Fе2О3 -Fе3О4 -FеО –Fе
Главнуюроль в восстановлении окислов играет окись углерода
ЗРе2О3 + СО = 2Ре3О4тв +СО2 + (З^
Этареакция практически необратима, протекает легко при очень низкой концентрацииСО в газовой фазе. Для развития этой реакции вправо необходимы температура нениже 570° С и значительный избыток СО в газах
Fе3О4 + СО = ЗFеО + СО2 – Q
Затемпроисходит образование твердой железной губки
FеОтв + СО = Fетв + С02 + Q3.
Однимиз главных показателей работы доменных печей, используемых для сравнениярезультатов деятельности различных заводов, является коэффициент использованияполезного объема доменной печи (КИПО):
K = V/Q.
Онравен отношению полезного объема V (м3)к суточному выпуску чугуна Q (т).Так как производительность печи Qстоит в формуле в знаменателе, то чем меньше коэффициент использованияполезного объема доменной печи, тем лучше она работает. Средний КИПО в СССР вначале 70-х годов был около 0,6, в то время как в 1940 г. он равнялся 1,19, а в1913 г. — 2,3.
НаилучшийКИПО, равный 0,39—0,42, был достигнут в последние годы на Череповецкомметаллургическом заводе.
Дляпроизводства чугуна кроме доменных печей применяют различное вспомогательноеоборудование. Наибольшее значение среди них имеют воздухонагреватели. Дляуспешной работы современной доменной печи объемом 2700 м3 в нее требуетсявдувать с помощью мощных воздуходувок около 8 млн. м3 воздуха и 500000м3 кислородав сутки.
ПРОИЗВОДСТВОСТАЛИКонверторные способы получения стали
Конверторомпринято называть большую стальную реторту, футерованную огнеупором. Вместимостьсовременных конверторов достигает 250—400 т. Конвертор имеет стальнуюцилиндрическую часть, отъемное, легко заменяемое днище и конусообразную горловину.Цилиндрическая часть конвертора крепится в литом стальном кольце, имеющем двецапфы, которыми оно опирается на подшипники двух стоек. Поэтому конвертор можетповорачиваться вокруг оси цапф, что необходимо для его обслуживания (заливкиисходного чугуна, взятия проб, выливки готовой стали и т.д.). Одна из цапф —полая, она соединяется одним воздухопроводом с турбовоздуходувкой, а другим — своздушной коробкой днища конвертора. Воздушная коробка днища конверторасоединяется с отверстиями фурм, проходящими через все днище.
Конверторыдля бессемеровского процесса футеруется динасом, а для томасовского процессадоломитом.
Недостаткомбессемеровского процесса является ограниченная гамма чугунов, которые могутперерабатываться этим способом, так как при бессемеровском способе не удаетсяудалить из металла такие примеси, как серу и фосфор, в том случае, если онисодержатся в чугуне. Кроме того, получаемая в конверторе сталь хрупка из-занасыщения ее азотом, содержащимся в воздухе.Мартеновскиеспособы производства стали
Мартеновскийспособ является основным способом, дающим около 70% высококачественной стали,выплавляемой в мире.
Мартеновскийспособ получил широкое применение благодаря возможности использованияразличного сырья и разнообразного топлива. В настоящее время мартеновскийпроцесс различают в зависимости от используемого сырья: скрап-процесс, если егошихта состоит из стального лома (60—70%) и твердого чушкового чугуна (30—40%).Эта разновидность процесса применяется на заводах, не имеющих доменногопроизводства (Московский завод «Серп и молот» и др.). Широко применяется искрап-рудный процесс, характерный тем, что его шихта состоит на 20—50% изскрапа и на 50—80% из жидкого чугуна, который после выпуска из доменных печейхранится в больших бочкообразных футерованных внутри огнеупорным кирпичомхранилищах, называемых миксерами. Этот процесс называется скрап-рудным потому,что для ускорения окисления примесей чугуна в печь загружают, кроме того, гемати-товуюжелезную руду в количестве 15—30% от массы металлической части шихты.
Скрап-рудныйпроцесс в кислой иосновной мартеновских печах проходит различно (меняется состав флюсов инекоторых других шихтовых материалов, по-разному идет окисление примесей). Поэтомуразличают кислый и основной мартеновские процессы.
Сыпучие шихтовыематериалы (руда, известняк, скрап) загружают обычно первыми, и отдельные ихслои хорошо прогревают. На подину принято сначала загружать железную руду, апотом известняк и сверху стальной лом. Все эти материалы подвозят к печамсоставом платформ в так называемых мульдах (металлические коробки сприспособлением для захвата их хоботом завалочной машины).
Шлакосновных мартеновских печей, получаемый при завершении процесса, обычно содержит10—15% FеО, 9—15% МnО, 18—25% 51О2, 40—47% СаО, ~ 1% P2О5, а также МgО, А12О3 и другие окислы.
Шлаки,скачиваемые в первый период плавки, содержат 1,5—3% Р2О5; в три раза больше,чем в шлаке завершающегося периода, FеО; в четыре раза меньше СаО.
Скрап-процесс в основной печи отличается отскрап-рудного процесса, особенно в период завалки и расплавления шихты;заключительная часть процесса отличается меньше.
Совсеминаче протекает кислый мартеновский процесс. В связи с тем, что футеровкакислых мартеновских печей выполнена из динаса, наварка пода и откосовпроводится кварцевым песком, т. е. кислым материалом. Шлак в этой печи кислый ине содержит свободной извести. Следовательно, удаления серы л фосфора в этойпечи не происходит. Поэтому шихтовые материалы н топливо должны содержать этипримеси в минимальном количестве.
Общаяпродолжительность плавки стали 220—260 т в печах обычно составляет 7—10 ч прирасходе условного топлива 130-150кг на 1 т стали. Таким образом, основныминедостатками мартеновского процесса следует считать большую продолжительностьпроцесса и значительный расход топлива. Именно поэтому направлениерационализаторских предложений производственных коллективов и исследованийученых — металлургов направлены на устранение этих недостатков и повышениекачества получаемого металла. Важнейшим фактором, совершенствующим и ускоряющиммартеновский процесс, является применение кислорода. В мартеновском процессенаметились два реальных и экономически целесообразных пути применениякислорода. Первый путь — это обогащение воздушного дутья кислородом до 25—35%.В результате интенсификации горения и повышения окислительной способности печисокращается общая продолжительность плавки, снижается расход топлива,увеличивается производительность. Так, например, при обогащении дутья печи в100т кислородом до 29—30% расход кислорода составляет 55—70 м3 на 1т стали, производительность печи увеличивается в 2,5 раза при сокращениипродолжительности плавки с 9 ч до 3 ч 30 мин; расход топлива при этом снижаетсяс 150 кг/т стали до 92 кг/т. Такое обогащение дутья кислородом и форсированиеплавки, возможно, при наличии свода печи, сделанного из высокотермостойкихогнеупоров.
Второйпуть — это применение кислорода для интенсификации окисления примесей путемкратковременного введения в печь кислорода. Наиболее перспективным в этомнаправлении является введение кислорода водоохлаждаемыми фурмами через сводпечи '(до аналогии с кислородно-конверторным производством). Введение кислородатаким образом резко сокращает продолжительность окисления примесей в ваннепечи, но сильно увеличивает (в 5—8 раз) содержание пыли в печных газах, за счетразбрызгивания шлака и испарения металла.Получение стали в электрических печах
Получение стали вэлектрических печах из года в год увеличивается, так как в них можно получитьболее высокую температуру и восстановительную или нейтральную атмосферу, чтоочень важно при выплавке высоколегированных сталей.
Дляпроизводства стали наиболее часто применяют дуговые трехфазные электрическиепечи с вертикальными графитовыми или угольными электродами и непроводящимподом. Ток, нагревающий ванну в этих печах, проходит по цепи электрод—дуга—шлак—металл—шлак—дуга—электрод.Вместимость таких печей достигает 270т.
Печь состоит изметаллического кожуха цилиндрической формы и сферического или плоского дна.Внутри печь футерована огнеупорными материалами. Подобно мартеновским, дуговыепечи могут быть кислыми и основными. В основных печах подина выкладывается измагнезитового кирпича, сверху которого делается набивной слой из магнезита _илидоломита (150—200 мм). Соответственно в кислых печах применяют динасовый кирпичи набивку из кварцита на жидком стекле.
Загрузкупечей производят через окно (с помощью мульд и завалочной машины) или черезсвод (с помощью загрузочной бадьи или сетки). В этом случае свод с электродамиделают съемным и в период загрузки его поднимают, а печь отводят в сторону имостовым краном сразу или в два приема загружают полную садку печи. После этогосводом вновь быстро накрывают печь.
Получениестали в дуговых электрических печах имеет неоспоримые преимущества: высокоекачество получаемой стали, возможность выплавлять любые марки стали, включаявысоколегированные, тугоплавкие и жаропрочные; минимальный угар железа посравнению с другими сталеплавильными агрегатами, минимальное окислениедорогостоящих легирующих присадок благодаря нейтральной атмосфере печи,удобство регулирования температурного режима.
Недостаткомявляется: потребность в большом количестве электроэнергии и высокая стоимостьпередела. Поэтому дуговые электрические печи применяют главным образом дляполучения высоколегировынных сортов стали. Медь и ее свойства
Медь— древнейший металл. Он стал использоваться человеком еще очень давно: вприроде встречались самородки меди, из которых можно было путем удара каменнымиорудиями изготовить украшения или простейшее оружие. В настоящее времясамородная медь встречается редко и основная масса металла добывается из руд,содержащих всего 1—2% меди.
Мировоепроизводство меди в 70-х годах в капиталистических странах превышало 5 млн. т вгод.
Температураплавления меди 1083° С, кипения — 2369°С. Предел прочности чистой меди не оченьвысок и составляет 220 МПа (22 кгс/мм2). Ее кристаллическая решетка— кубическаягранецентрированная, параметры решетки а = 0,361 Нм (3,61 А). Плотность равна8,93 г/см3, а твердость меди в два раза меньше, чем у железа ΗВ= 35.Медные руды и пути их переработки
Медьизвлекают из руд различными способами и в различных аппаратах. Для получениямеди можно использовать пирометаллургические способы (плавка на штейн,восстановительная плавка), но некоторые руды успешно перерабатывают игидрометаллургическими способами, например ·, выщелачиванием серной кислотойили нашатырным спиртом.
Рассмотримодин из способов извлечения меди, получивший наибольшее распространение —плавку на штейн. Разновидности этого метода применяются во многих странах, а внашей стране этим способом получается почти вся первичная медь. Общаяпринципиальная схема этого метода представлена на рисинке. Реализация этойсхемы на различных переделах, особенно в ее верхней части, до получения медногоштейна, может проводиться в различных печах и в различных технологическихвариантах. В рассматриваемой схеме первый передел медной руды — это обогащение.Однако бывают случаи, когда руды, богатые серой (свыше 35 %S), плавят и без обогащения дляизвлечения из них не только меди, но и серы (например, медно-сериая плавка).Однако основная масса добываемой из недр земли сульфидной медной рудыподвергается флотационному обогащению.
Обогащение руд флотацией
Флотациюредко применяют к железным рудам; обычно ее применяют при обогащении бедных рудцветных металлов и обязательно при обогащении комплексных руд, содержащихнесколько цветных металлов, а также сульфидных или смешанных медных руд,содержащих около одного процента меди, непосредственно плавить которые оченьдорого.
Сущностьфлотации состоит в избирательном прилипании некоторых минеральных частиц,взвешенных в водной среде, к поверхности пузырьков воздуха, с помощью которыхэти минеральные частицы поднимаются на поверхность. Через пульпу (смесьжидкости и мелких твердых частиц) пропускают пузырьки воздуха. Вследствиеразличной смачиваемости частицы одних минералов, плохо смачиваемые водой (илидругой жидкостью, в которой протекает обогащение), прикрепляются к пузырькамвоздуха и, поднимаясь с ними на поверхность, образуют минерализированную пену итем самым отделяются от других, хорошо смачиваемых минералов, остающихся впульпе.
Дляуспешного осуществления этого метода обогащения необходимо:
а)тонко измельчить руду до размеров частиц, меньших 0,1 мм, что дает возможностьполучить кусочки руды, состоящие из одного минерала, а не из сростковнескольких, и облегчает мелким пузырькам воздуха поднимать тяжелые минералы;
б) получитьв пульпе много мелких пузырьков воздуха и создать условия для образования наповерхности пульпы устойчивой пены.
Различаютследующие флотационные реагенты:
вспениватели, делающие пузырьки пены устойчивыми,не лопающимися, препятствующие их коолисценсии (сосновое масло и другиевещества, получаемые при перегонке древесины и каменного угля);
коллекторы (собиратели), уменьшающиесмачиваемость определенной группы минералов водой и облегчающие их сцепление спузырьками воздуха.
Прифлотации часто применяют также депрессоры (подавит), предотвращающие действиеколлектора на некоторые минералы. Подавителями служатнеорганические электролиты, например цианистый натрий NaCN, известь СаО, которую применяют при флотациимедно-цинково-пиритных руд, так как на халькопирит CuFeS2 известь не действует, но подавляет флотируемостьцинковой обманки ZnS и пирита FeS2. При так называемой селективной флотации, когда изруды необходимо выделить концентраты нескольких металлов, применяются и многиедругие химические вещества. Общий расход флотационных реагентов невелик, онсоставляет 50—300 г на 1 т руды.
Длямеханизации отдельных трудоемких подготовительных и вспомогательных этаповфлотационного обогащения используют различные машины, облегчающие эти операции,например для измельчения руды (дробилки и мельницы), для разделения ее намелкие и крупные фракции (грохоты и классификаторы), аппараты для разделенияпульпы на жидкость и твердые частицы (сгустители и фильтры), собственнофлотационные машины и многие другие. Кратко рассмотрим лишь один из типовмашин: в машины через боковую трубу непрерывно подается пульпа, состоящая изводы, мелких частиц руды и уже внесенных в пульпу необходимых флотационныхреагентов. Сверху по трубе засасывается воздух, вгоняемый в машину быстро вращающимсяимпеллером (300— 600 об/мин). Циркулирующая в машине пульпа в смеси спузырьками воздуха в верхней правой части машины собирает пену, которуюнепрерывно удаляют из машины медленно поворачивающимся пеносмесителем.Оставшаяся пульпа сливается через порог в боковой стенке машины (на схеме взадней стенке) и попадает в ее соседнюю секцию, так как флотационная машинасостоит из 4—20 камер (секций).
Полученныйпосле флотационного обогащения медный порошкообразный концентрат, содержащий11—35% меди, 15—35% серы, 15—37% железа, а также немного кремнезема, окисиалюминия, окиси кальция, небольшие примеси цинка, никеля и некоторых другихсоединений, направляют на дальнейшую переработку.Получение медных штейнов
Важнейшейоперацией переработки медной руды является плавка на штейн. Штейном называютсплав сульфидов, образующийся при плавке медной руды, главным образом меди ижелеза (обычно 80—90%), остальное составляют сульфиды цинка, свинца, никеля, атакже окислы железа, кремния, алюминия и кальция, концентрирующиеся главнымобразом в шлаке, но частично растворяющиеся и в штейне. Жидкие штейны хорошорастворяют в себе золото и серебро, и, если эти ценные металлы есть в руде, онипочти полностью концентрируются в штейне.
Цельюплавки на штейн является отделение сернистых соединений меди и железа отсодержащихся в руде примесей, присутствующих в ней в виде окисленныхсоединений. Получаемый штейн не должен содержать слишком мало меди, так как этоделает.непроизводительными последующие переделы, но и очень богатые медьюштейны получать нельзя, так как при этом значительное количество меди теряетсяв шлаках.
Взависимости от химического состава руды и ее физического состояния штейнполучают либо в шахтных печах, если сырьем служит кусковая медная руда,содержащая много серы, либо в отражательных или дугосых электрических печах,если исходным продуктом являются порошкообразные флотационные концентраты.·
Отражательнаяпечь строят длиной 35—40, шириной 7—10 и высотой 3,5—4,5 м. Стены и свод делаютиз динасового или магнезитового кирпича. Огнеупор выбирают в зависимости отпреобладания в шихте основных или кислотных окислов, так как соответствиесостава шихты и огнеупорных материалов удлиняет срок их службы. Под печи делаютв несколько слоев, а лещадь покрывают кварцевым песком, который перед пускомпечи оплавляют, превращая в плотную массу.
Отражательныепечи отапливают мазутом, угольной пылью или газом, вдувая топливо форсунками(4—10 шт.) через окна, имеющиеся в торце печи. Максимальная температура вголовной части печи 1550° С и, постепенно снижаясь, к хвостовой части обычнобывает 1250—1300° С. Шихту в эти печи загружают через отверстия в своде,расположенные вдоль печи у боковых стенок. При загрузке шихта ложится откосамивдоль стен, предохраняя кладку от прямого воздействия шлаков и газов. По меренагревания шихты начинаются реакции частичного восстановления высших окисловжелеза и меди, окисления серы и шлакообразования.
Плавкамедных концентратов в электрических печах из-за дефицита электроэнергии ивозможности использования в этой операции низкосортных сернистых топлив пока ненашла широкого применения. Но для плавки кусковой медной руды еще широкоприменяют шахтные ватержакетные печи (рис. 143). Нередки случаи, когда дажебогатые серой концентраты предварительно агломерируют, чтобы подвергнуть ихплавке в шахтных печах. Печь эта имеет в плане прямоугольное сечение ширинойоколо 1м и несколько метров в длину.
Основныерабочие стенки печи выполняют из полых стальных коробок, охлаждаемых изнутриводой, называемых кессонами, так как известные технические огнеупорыоказываются в этих условиях недостаточно стойкими. Во время плавки на холодныестенки настывает оплавленная шихта, предохраняющая кессон от разрушения. Шихтузагружают с площадки, расположенной на уровне верхнего края кессона, подачавоздуха для горения проводится через фурмы, расположенные вдоль продольныхстенок в нижней части кессонов.
Выпускштейна и шлака из печи производится совместно и непрерывно через спускнойжелоб, имеющий гидравлический затвор. Жидкая вязкая смесь стекает в большойовальный отстойник, называемый передним горном, футерованный хромомагнезитовымкирпичом. В нем происходит медленное расслоение штейна и шлака. Избыточный шлаксливается по желобу в противоположном конце переднего горна, а штейн по меренеобходимости выпускают через летки, расположенные у лещади горна. Над печьюделают футерованный огнеупорными материалами так называемый шатер для сбора иотвода отходящих газов и направления их на пылеулавливание и газоочистку.Переработка медного штейна
Наиболеераспространены теперь цилиндрические бочкообразные конверторы, один извариантов которых изображен на рис. 144,
Переработкаштейна в конверторе протекает в два периода. В конвертор загружают кусковойкварц, заливают расплавленный штейн и продувают его воздухом,).
Образующийсяшлак периодически сливают и в конвертор добавляют свежие порции медного штейнаи кускового кварца. Температура заливаемого штейна обычно около 1200°С, но завремя продувки, за счет большего выделения тепла при окислении сульфидовтемпература повышается до 1350°С. Продолжительность первого периода зависит отколичества меди в штейне и составляет 6—20 ч.
Введениев воздушное дутье добавки кислорода повышает температуру в конверторе ипозволяет загружать в него холодный концентрат, заменив им некоторую частьрасплавленного штейна.
Первыйпериод заканчивается, когда в продуваемом штейне окислено сернистое железо.После этого тщательно удаляют шлак и продолжают продувку без добавки штейна икварца. Второй период начинается, когда в конверторе остается только Cu2S, называемый белым штейном, а на некоторых заводах «белымматтом».
Второйпериод заканчивается, когда в конверторе весь белый штейн превращается в медь,на что обычно уходит 2—3 ч. В конверторе и во втором периоде образуетсянебольшое количество богатого медью шлака, который остается в нем после выливкичерновой меди и перерабатывается в следующем цикле. Конверторные шлаки первогопериода направляют для переработки в отражательные печи.
Черновуюмедь по окончании процесса наклоном конвертора выливают в ковш и разливают визложницы. Полученную в конверторе медь называют черновой, т. е. еще не готовоймедью, так как в ней содержится 1,0—2,0% железа, цинка, никеля, мышьяка,сурьмы, кислорода, серы и других примесей и растворены благородные металлы,ранее находившиеся в штейне.Рафинирование меди
Черноваямедь всегда подвергается рафинированию для удаления из нее примесей, ухудшающихее свойства, а также извлечения из нее таких ценных металлов, как золото,серебро и др. В практике рафинирование проводят последовательно, двумяпринципиально различными методами: пилометаллургическим и электролитическим.
Огневоепирометаллургическое рафинирование меди проводят в отражательных печах, эскиз которой.представлен на рис. 145.
Весьцикл огневого рафинирования состоит из следующих операций: загрузки ирасплавления, окисления примесей, удаления растворенных газов, раскисления медии разливки; он занимает обычно 12—16 ч..
Удаление растворенных газов из меди принято называть «дразнением наплотность». В металл ванны погружают.сырые деревянные жерди, древесина которыхвыделяет газообразные углеводороды, бурно перемешивающие медь и удаляющиенаметал л а сернистый и другие газы. После удаления газов, для полученияпластичной меди начинают раскисления или, как принято говорить на заводах,«дразнением на. ковкость».
Электролитическоерафинирование медипроводят в ваннах, наполненных раствором сернокислой меди, подкисленным сернойкислотой.
Дляполучения бескислородной меди (марка МОб) и марок меди с пониженным содержаниемкислорода (М1р, М2р и др.) переплавку катодов ведут в канальных индукционныхэлектропечах со стальным сердечником, а разливку — непрерывно в защитной среде.Для меди марок с буквой ρприменяют раскисление фосфористой медью.Медные сплавы
Втехнической меди могут присутствовать примеси Bi, Sb, As, Pb, Sn, Fe, Ni, S, О,сопутствующие при получении ее из руд и при рафинировании или попавшие в неепри переработке отходов. Суммарно допустимое количество этих примесей приведенов табл. 17. Более 50% чистой меди потребляет электротехническая промышленностьи энергетика в качестве проводников электрического тока. Поэтому большоеколичество меди подвергается прокатке и волочению.
Медьобладает хорошей пластичностью как в холодном, так и в горячем состоянии. Но невсе перечисленные примеси одинаково влияют на пластичность и другие свойствамеди. Наиболее осложняют горячую прокатку меди висмут и свинец, нерастворяющиеся в меди в твердом состоянии, образующие с ней легкоплавкиеэвтектики (висмут с температурой плавления 270°С, а свинец с температуройплавления 326°С). Поэтому ихсодержание в высших сортах меди лимитируется тысячными долями процента.
Отрицательновлияет на горячую прокатку и кислород, но при больших концентрациях (0,1—0,2%).Другие примеси (олово, цинк, никель, серебро) не ухудшают пластичности меди идругих механических свойств, так как, присутствуя в небольших количествах, онивходят в твердый раствор.
Наиболеераспространенными и известными сплавами меди являются латуни и бронзы.
Латуняминазывают группу сплавов меди с цинком, получившую наиболее широкое применение втехнике. В группу латуней входят томпак (90% и более меди, остальное цинк, еслиэти сплавы содержат от 79 до 86% меди, их называют полутомпак) и много других,не только двойных, но и более сложных сплавов.
Механическаяпрочность латуней выше, чем меди, и они хорошо обрабатываются резанием. Большимих преимуществом является их пониженная стоимость, так как входящий в них цинкзначительно дешевле меди. Латуни широко применяют в приборостроении, в общем ихимическом машиностроении.
АЛЮМИНИЙ И ЕГО СПЛАВЫ
Алюминий— второй (после железа) металл современной техники. Его мировое производство вближайшие годы достигнет 15 млн. т. в год.
Наиболееважным свойством алюминия, определяющим его широкое применение в технике,является его небольшая плотность, равная 2,7 г/см3, т. е. алюминий почти в трираза легче железа.
Вторымочень важным свойством алюминия является его относительно высокая электропроводность,которая равна 34´104 Ом-1´см-1, что составляет 57% электропроводности меди.Температура плавления алюминия 660° С, температура кипения около 2500° С.
Крометого, из свойств алюминия следует отметить его хорошую теплопроводностьи теплоемкость. Алюминий химически стоек против органических кислот ихорошо сопротивляется воздействию азотной кислоты. Он очень быстро окисляетсяна воздухе, покрываясь тонкой пленкой окиси, которая, в отличие от окисижелеза, не пропускает кислород в толщу металла. Следовательно, алюминий,несмотря на быстрое окисление при нормальных условиях коррозионностоек. Егокристаллическая решетка. Механические свойства алюминия сравнительно невысоки.Сопротивление на разрыв находится в пределах от 90 до 180 МПа (от 9 до 18кгс/мм2) НВ20—40; он имеет высокую пластичность, что дает возможностьпрокатывать его в очень тонкие листы. Необходимо отметить, однако, трудностьобработки чистого алюминия резанием, а также относительно высокую линейнуюусадку — 1,8%.
Втораяобласть его применения — электротехника. Это обусловлено тем, что алюминийменее дефицитен и встречается в природе более широко, чем медь; электропроводностьалюминия меньше меди, хотя провод из алюминия такой же электропроводности, каканалогичный медный провод, получается толще, но зато легче. Это важно дляпроводки во всех летательных и транспортных аппаратах, а также для проводоввоздушных линий электропередач, где, применяя алюминиевые провода, можно режеставить опоры.
Алюминийшироко применяется в металлургии, где используется его большое сродство ккислороду для получения в чистом виде дорогих и редких металлов (например,хрома, ванадия и др.), низкие сорта алюминия используются для раскислениястали.
Рудыалюминия
Алюминий— наиболее распространенный металл в земной коре (8,8%); в чистом виде он невстречается, зато минералов, содержащих алюминий, очень много.Основным сырьемдля получения алюминия служат бокситы.
Бокситыпредставляют собойсложную горную породу, которая содержит алюминий в виде гидроокисей. Втораяруда, которая используется для производства алюминия в нашей стране, — нефелин.Химическая формула этого минерала
Na(K)2OAl2O3-2Si02
Нефелинысопутствуют горной породе, которая называется апатит. Апатитонефелиновыхпород очень много на Кольском полуострове. Они давно разрабатываются дляполучения фосфорных удобрений и их отходом являются нефелины. Производство глинозема.
Электротермическиеспособы. Суть этихспособов заключается в восстановлении алюминиевой руды в электропечи; примеси,имеющиеся в руде, восстанавливают до элементарного состояния и, переводя их вметалл (кремнистый чугун), оставляют в шлаке невосстановленной только окисьалюминия, но в шлаке остаются некоторые частично невосстановленные примеси. Этиспособы применяются для получения глинозема, идущего на изготовлениешлифовальных кругов и других абразивных изделий, но для производствавысококачественного алюминия такой глинозем не пригоден.
Кислотныеспособы. Сущностьэтих способов сводится к тому, что алюминиевая руда подвергается обработкекакой-либо минеральной кислотой, например соляной или серной. В процессе такойобработки кислота взаимодействует с окисью алюминия и получаетсясоответствующая растворимая соль (например, хлористый алюминий).
Щелочныеспособы. Эти способыв большинстве стран применяют и для получения чистой окиси алюминия. Сутьщелочных способов заключается в том, что алюминиевая руда подвергаетсявоздействию какой-либо щелочи (едким натром, кальцинированной содой и др.).
5.Рафинирование алюминия
Рафинированиеалюминия осуществляется в расплавленной среде. Анодом является сплавзагрязненного алюминия с тяжелым металлом, к которому через подовые угольныеблоки 1 подводится ток большой силы (рис. 160), катодом — чистый рафинированныйметалл, отрицательный полюс к которому подводится с помощью подвесныхграфитовых катодов 5.
Вкачестве электролита обычно применяют смесь ВаС12 (60%), A1F3 (23%) и NaF(17%), имеющую плотность в условиях процесса 2,7 (плотность чистого алюминия вэтих условмях 2,3). В качестве утяжелителя для анодного сплава наиболее удобноприменять медь, которую обычно вводят в количестве 25%, что вполне предохраняетанодный сплав от всплывания со дна электролизера (плотность 3,0—3,5).
Сущностьпроцесса электролитического рафинирования по трехслойному методу сводится кследующему. Если на дно электролитической ванны (рис. 160) поместитьрасплавленный анодный сплав из алюминия-сырца и меди, а над ним электролитуказанного выше состава и через них пропускать постоянный электрический TOKJ то через некоторое время на катоденачнется выделение чистого алюминия. По мере хода процесса содержание алюминияв анодном сплаве постепенно уменьшается, а количество чистого алюминия накатоде увеличивается.
Высотаслоя анодного сплава в ванне 200—250 мм, электролита — 120—150 мм.Рекомендуется всегда иметь на катоде слой металла толщиной около 100 мм. Воизбежание окисления катодного металла его засыпают сверху тонким слоемпорошкообразного электролита. Процесс ведут при температуре 760—800° С.Напряжение на ванне выдерживают в пределах 6—7 В. При этом может быть полученалюминий чистотой до 99,99%.\
Рафинированиепо этому методу обходится очень дорого и поэтому применяется в ограниченныхмасштабах.
Для получения алюминия особой чистоты широкое применение получил методзонной перекристаллизации, в основе которой лежит не одинаковое распределениепримесей алюминия (или другого рафинируемого металла) между жидкой и твердойфазой при частичном расплавлении.
Процессзонной перекристаллизации алюминия практически ведут следующим образом. Слитокалюминия высокой чистоты (А99, А995), очищенный от пленки окислов травлением,помещают в графитовую лодочку и затем в кварцевую трубку, внутри которойсоздается — вакуум (остаточное давление не выше 0,1 Па (10-4— 10-5мм рт. ст.). Снаружи вдоль трубки медленно (1 см в минуту) передвигают узкийнагреватель (обычно кольцо высокочастотного индуктора), с помощью которогосоздается узкая расплавленная зона слитка (25—30 мм). Если в алюминии нетпримесей второй группы, более чистой получается та часть слитка, с которойначиналась зонная переплавка. Обычно зонную переплавку повторяют в одномнаправлении подряд 10—15 раз, после чего можно получить металл особой чистоты(до 99,9999% А1).
ТИТАН,МАГНИЙ И ИХ СПЛАВЫ
Титан— металл серебристого цвета с голубоватым отливом; имеет невысокую плотность4,507 г/см3; плавится при температуре около 1660° С, кипит при 3260° С. Титанимеет две аллотропические модификации; до 882° С существует a-титан, имеющий гексагональнуюрешетку и при более высоких температурах b-титан с кубической объемноцентрированной решеткой.
Механическиесвойства титана значительно изменяются от содержания в нем примесей. Чистыйтитан ковок и имеет невысокую твердость НВ ~ 70; технический металл хрупок итверд (НВ180— 280).
Вреднымипримесями титана являются азот и кислород, резко снижающие его пластичность, атакже углерод, который при содержании более 0,15% снижает ковкость, затрудняетобработку титана резанием и резко ухудшает свариваемость. Водород сильноповышает чувствительность титана к надрезу, поэтому этот эффект называютводородной хрупкостью.
Наповерхности титана образуется стойкая оксидная пленка, вследствие чего титанобладает высокой сопротивляемостью коррозии в некоторых кислотах, в морской ипресной воде. На воздухе титан устойчив и мало изменяет свои механическиесвойства при нагреве до 400° С. При более высоком нагреве он начинает поглощатькислород и постепенно ухудшаются его механические свойства, а выше 540°С—становится хрупким. При нагреве выше 800" С титан энергично поглощаеткислород, азот и водород, что используется в металлургии для раскисления стали.
Титандавно и широко используется как хороший раскислитель и легирующая добавка встали и сплавы цветных металлов.Восстановлениететрахлорида титана магнием
Восстановлениететрахлорида титана ТiСl4 проводят периодически в цилиндрических стальныхгерметичных ретортах диаметром от 850 до 1500 мм и высотой от 1800 до 3000 мм.Такой объем реторты позволяет получать за одну операцию до 1500 кг титановойгубки.
Ретортыустанавливают вертикально обычно в электрическую печь сопротивления. Сверхуреторта закрыта крышкой, имеющей патрубки для загрузки магния, подачи Т1С14откачки воздуха и подвода аргона (рис. 168).
Послеустановки реторты в печь и откачки из нее воздуха она заполняется осушеннымаргоном и нагревается до 740—800° С, после чего в нее заливают жидкий магний иначинают подачу жидкого тетрахлорида титана. Процесс получения титана можноупрощенно представить следующим уравнением реакции:
ТiСl4(газ) + 2Мg(ж) =-2МgС12(ж) + Тi(тв) + 935 000 Дж (223 000 кал)
Послеинтенсивного развития реакции выключают нагрев и поддерживают температуру впределах 750—850° С. Титан выделяется в реторте в виде хорошо развитыхдендритов, которые получили название титановой губки.
Титановаягубка дробится и тщательно сортируется. Наиболее чистая губка идет напереплавку; низкосортная, содержащая включения хлоридов, брикетируется ииспользуется как раскислитель стали в черной металлургии. Для получения изтитана и его сплавов ответственных изделий очень важна его хорошая пластичностьи свариваемость, а также термостойкость..Получениетитана высокой чистоты
Обычнаячистота титана, получаемого переплавкой губки, составляет 99,6—99,7°о, однакотребуется и более чистый металл, содержащий 99,9 % титана и выше.
Чистыйтитан получают в небольших количествах переработкой губки иодидным способом,использующим обратимость реакции
Тi + 2I2=ТiI4
При температуре 100—200° С реакция протекает вправо, а при 1300-1400°С--влево.
Губкузагружают в кольцевое пространство между стенкой реторты и молибденовой сеткой(рис. 171). На молибденовых держателях зигзагообразно закрепляют проволоку изчистого титана диаметром 3—4 мм и длиной около 10 м. После герметичногоукрепления крышки и откачки воздуха до остаточного давления 0,1—0,01 Па(10~4—10~5 мм рт. ст.) реторту помещают в термостат с температурой 100—200° С ивнутри ее особым приспособлением разбивают ампулу с иодом. Пары иода, заполняявсе пространство реторты, реагируют с титановой губкой и стружкой, образуя парыйодистого титана.
Титановуюпроволоку накаливают до 1300—1400° С, пропуская через нее ток. На раскаленнойпроволоке эти пары разлагаются, образуя кристаллы чистого титана, и освобождаютиод, который вновь реагирует с титановой губкой, нагретой до 100—200° С.
Общиесведения о магнии
Магний — серебристо-белый металл. Важнейшееего физическое свойство—малая плотность, равная 1,738 г/см3 (при 20ºС).
Природныймагний состоит из смеси трех стабильных изотопов. Причем искусственный изотоп Мg28 с полураспадом в 21,3 ч может бытьприменен в качестве радиоактивного индикатора. Кристаллы магния обладаюткомпактной гексагональной структурой.
Магнийв виде слитков или изделий не огнеопасен. Возгорание магния может произойтилишь при температуре, близкой к точке его плавления (651° С) или послерасплавления, если он не изолирован от кислорода воздуха. Магний не магнитен ине искрит при ударах или трении.
Пределпрочности и другие механические свойства магния очень зависят от его чистоты испособа приготовления образца.
Внастоящее время для получения магния применяют: магнезит, доломит, карналлит, атакже морскую воду и отходы ряда производств.
Магнезит— углекислый магнийМgСО3. Природный минерал магнезитобычно содержит карбонат кальция, кварц, а также примеси других минералов,включающих окислы алюминия и железа.
Дляпроизводства магния применяют только чистый каустический магнезит, полученныйпо реакции МgСО3 = МgО + СО, при нагревании (обжиге) природного магнезита до700—900º С
Дoломит— горная порода, представляющая собойдвойной карбонат кальция и магния МgСО3-СаСО3. Доломиты обычно содержат примеси кварца, кальцита, гипса и др.Содержание и окраска примесей определяют окраску породы. Доломит широкораспространен в природе и составляет около 0,1% всех горных пород, входящих всостав земной коры. Доломит так же, как и магнезит, применяемый магниевой промышленностью,предварительно обжигают до получения смеси окислов МgО и СаО.
Карналлит МgС12 • КС1 · 6Н2О — природный хлорид магния и калия— очень гигроскопичное кристаллическое вещество, обычно окрашенное примесями врозовый, желтый или серый цвет.Понятие обэлектролитическом способе получения магния
Восновном магний получают электролитическим способом, важнейшими стадиямикоторого являются: а) получение чистых безводных солей магния; б) электролизэтих солей в расплавленном состоянии и в) рафинирование магния.
Известныварианты электролитического способа получения магния, различающиеся по составусолей, поступающих на электролиз (карналлит, хлористый магний и т. д.), и поспособу получения этих солей (хлорирование магнезита, обезвоживание хлористогомагния н т. п.). Электролиз проводят в расплавленных хлоридах магния, калия,натрия и кальция, так как при электролизе водных растворов его солей из-заотрицательного потенциала магния на катоде выделяется только водород. Схемаэлектролизера для получения магния изображена на рис. 172.
Анодамислужат графитные плиты 4, катодами — стальные пластины 2. Так как плотностьрасплавленного электролита больше, чем плотность магния в этих же температурныхусловиях, то выделяющийся на катоде жидкий магний, не растворяясь вэлектролите, в виде капель всплывает на его поверхность. На аноде выделяетсягазообразный хлор, который также поднимается и выбрасывается из электролита. Воизбежание взаимодействия хлора и магния и короткого замыкания анода и катодарасплавленным магнием вверху устанавливают перегородку /, которую принятоназывать диафрагмой. Во время электролиза расходуется хлористый магний,периодически вводимый в электролит.
Собирающийсяна поверхности катодного пространства магнии периодически удаляют. Выделяющийсяв анодном пространстве хлор отсасывают через трубы 3 и используют, например,для хлорирования окиси магния или окиси титана.
Питаниеванн электролитом. Впроцессе электролиза идет непрерывное разложение хлористого магния, поэтому длявосполнения его расхода в ванну периодически вводят свежие расплавленныехлористые соли.
Регулированиетемпературы.Электролиз должен протекать при температуре 690-720° С, при этом нижнегопредела желательно придерживаться при питании ванн хлористым магнием, аверхнего — при питании карналлитом. В процессе электролиза необходимо наблюдатьза температурой электролита, так как отклонение от нормы, особенно в сторонуповышения, знач! но ухудшает показатели.
Вмагниевых ваннах для регулирования температуры не ме! межполюсное расстояние,как это принято при электролитнчес ком получении алюминия, а изменяют состав, ас ним и эле проводность электролита.
Извлечениемагния из электролизера. Это обычно производят не реже одного раза в сутки, применяя вакуумные ковши(рис 173).
Удалениешлама. В электролит с хлористым магнием поступает и окись магния; крометого, может протекать гидролиз электролита с образованием окиси магния. Окисьмагния оседает на дно электролизера, увлекая за собой другие продукты и образуяшлам.
Содержащиесяв магнии примеси можно разделить на две группы.
Перваягруппа —металлические примеси, попадающие в магний при его получении. Важнейшими из нихявляются железо, натрий и калий, которые попадают в магний в результатеэлектролитического разложения их соединений, имеющихся в составе электролитаили попавших в него с сырьем.
Вторая группа — неметаллические примеси, механически захваченныепри извлечении магния из ванны. К ним относятся главным образом хлоридыкальция, магния, натрия и калия, окись магния, а также нитрид и силицид магния.
Длярафинирования магния предложено много различных флюсов. В качестве примераможно привести флюс ВИ-2, содержащий 38—46% МgСl2; 32—40% KCl; 3—5% СаF2; 5—8% ВаС12,применяемый для переплавки магния, для плавки его сплавов в стационарных тигляхи в индукционных печах. Этот флюс хорошо рафинирует металл и плавится притемпературе 420° С. Флюс ВИ-3 содержит обычно 34—40% МgС12; 25—36% КС1; 15—20% СаР2; 7—10% МgО; он является универсальным приплавке магниевых сплавов в выемных тиглях. При рафинировании к концу процессапо мере спокойного охлаждения металла образованный им шлак затвердевает,превращаясь в твердую корку.
Наилучшие результаты рафинирования можно получить при сублимации магния ввакууме, которая описана при очистке губчатого титана после его восстановлениямагнием.
Сварка, резка и пайкаметаллом.
Сваркой называют технологический процессполучения неразъемных соединений заготовок по средствам установления межатомныхи межмолекулярных связей между свариваемыми частями.
Сварочные процессы применяют для изготовления сварныхконструкций, исправления брака при отливке деталей, для восстановленияполоманных, изношенных частей.
Свариваются между собойкак однородные детали, так и разнородные (сталь с медью, медь с алюминием ит.д.), а также металлы с неметаллами(керамикой, стеклом). ГОСТ 19521-74определяет три класса сварки: термический, механический и термомеханический.
· К термическомувиду сварки относятся сварки плавлением. К этому виду относятся дуговая,электрошлаковая, плазменная, электроннолучевая, лазерная, газовая, термитнаясварка.
· К механическомувиду сварки относятся те, при которых определяющим фактором являетсяпластическое деформирование. К механическому классу относят холодную,ультразвуковую сварку, сварку взрывом, трением.
· К термомеханическомуклассу относятся те виды, при которых для образования сварных соединенийиспользуют тепловую энергию и внешнее давление. К этому классу относитсяконтактная, газопрессовая, диффузионная и т.д.
Для изготовления сварныхконструкций применяют следующие типы соединений: стыковое, внахлестку,заклепочное, тавровые, угловые.
Другие видысварки(электронным лучом, лазерная, плазменная) выполняются за доли секунды,дают тонкий и чистый шов, свободный от дефектов.
Огневая резка применяется для разделения заготовокна части, прожигания отверстий, поверхностной обработке (строгание).
Пайкой соединяют части, используя при этомболее легкоплавкий присадочный металл-припой. При пайке основной металлтвердый, а припой расплавлен.
Дуговая сварка ирезка.
В1802 году академикВ.В.Петров открыл явление дугового разряда. В 1882 году русский изобретательН.Н.Бенардос предложил применить эл. дугу для сварки металлов угольнымэлектродом. В1888 году горный инженер Славянов заменил графитовый электродметаллическим. В настоящее время около 99% работ, выполняемых дуговой сваркойпроизводится по способу Славянова.
Сварка по способуБенардоса.
Сварка производитсяграфитовым электродом с присадочным металлом прутка или без него, сварка этимспособом имеет ограниченное применение. Ею пользуются для соединения сотбортовкой тонких стальных заготовок, где не требуется присадочный металл, дляцветных металлов и чугуна, а также для наплавки порошковых твердых сплавов.Обычно применяют постоянный ток, причем для устойчивости дуги и лучшегопрогрева стыка при сварке пользуются прямой полярностью: заготовку включаютанодом (+), а электрод катодом(-).
Сварка по способуСлавянова.
При сварке применяютметаллический электрод в виде проволоки. Дуга возбуждается между электродом иосновным металлом и плавит их оба, причем образуется общая ванночка, гдеперемешивается весь расплавленный металл. Электродная проволока выпускаетсядиаметром от 0,3 до 12 мм.
Средние, толстые и особотолстые покрытия обеспечивают устойчивость горения дуги, а также защиту илегирование металла. Состав этих обмазок подбирается так, чтобы вокруг дугисоздавалась газовая
среда, защищающая металлэлектрода, стекающий в дуге и металл ванночки от окисления и растворения в немгазов. По мере плавления электродов обмазка ошлакуется, и шлак равномернопокрывает шов, защищая металл от окисления и насыщения азотом.
По толщине покрытияэлектроды бывают (ГОСТ 9466-75) с тонкими, средними, толстыми и особотолстымипокрытиями.
Тонкие покрытия являютсястабилизирующими, они состоят из мела и жидкого стекла.
Электрические параметрыдуги могут изменяться в широких пределах: применяют токи от 1 до 3000 Н принапряжении от 10 до 50 В. Мощность дуги от 0,1 до 150 кВт.
Такой диапазон мощностидуги позволяет использовать ее для сварки как мельчайших, так и больших,тяжелых изделий.
Напряжение дуги взависимости от силы тока выражается кривыми, определяющие вольтамперную илистатическую характеристику дуги (1 для дуги 3 мм, 2 для дуги 6 мм).
Приведенные кривыепоказывают, что при токе свыше 50 А (наиболее часто применяемых при сварке)напряжение горения дуги почти не зависит от силы тока и определяется длинойдуги.
/>
Типичными порокамисварных швов является непровар (местное отсутствие сплавления междунаплавленным и основным металлом), пористость металла швов, шлаковые включения,трещины, пережег (окисление металла в шве и примыкающей к нему зоне).
Аппаратура длясварки.
Дуговая сварка возможна на постоянном и переменномтоках; дуга на постоянном токе устойчивее, по расходу эл. Энергии выше. Дляпитания дуги постоянным током применяют генераторы и выпрямители.
Сварочные аппараты и генераторыделят на однопостовые – для питания одной дуги, и многопостовые– для питания нескольких дуг. Для сварки используют стандартное напряжениетока: 220, 380, 500 В.
Сварочные генераторыпостоянного тока приводятся в действие электродвигателем или двигателемвнутреннего сгорания. Обмотка сварочных генераторов должна быть предохранена отразрушения токами короткого замыкания при возбуждении дуги. Внешняявольтамперная характеристика этих генераторов и трансформаторов должна бытьпадающей, точнее напряжение должно уменьшаться с увеличением тока, а при токекороткого замыкания уменьшаться до нуля; напряжение холостого хода должно бытьдостаточным для возбуждения дуги.
Сварочные генераторы итрансформаторы должны обладать хорошими динамическими свойствами, точнеемгновенно реагировать на изменение вольтамперной характеристики сварочной дуги.Падающая характеристика в сварочных генераторах обеспечивается воздействиеммагнитного поля якоря на магнитное поле полюсов генератора, а в сварочныхтрансформаторах – последовательным включением индуктивного сопротивления – дросселя.
Дуговая резка.
Резкой сиспользованием дуги разделяют металл не выжиганием, а расплавлением. Этот способ применяютдля резки углеродистой и легированной сталей, чугуна, алюминия, меди и их сплавов,отделение литниковой и т.д. Дуговая резка производится угольным илиметаллическим электродом. Автоматическая дуговая резка подфлюсом применяется для разделки листов коррозионно-стойкой стали.
Воздушно-дуговаярезкапроизводится угольным или графитовым электродом, который закрепляется в резкеили режущей головке. В контактно-сопловой части резака (головки) имеютсяотверстия, через которые струи воздуха, выдувают расплавленный металл из реза
Электродуговаясварка роботами.
В последние время всешире внедряется электродуговая сварка роботами взаменручной сварке. При этом помимо высвобождения сварщика от тяжелого трудадостигается повышение производительности и качества сварки, определяемаяточностью и равномерностью перемещения дуги. Автоматическое программноеуправление дугой гарантирует отсутствием пор, трещин, незаваренных кратеров,прожогов и других дефектов.
Плазменная резка,сварка и наплавка.
Все более широкоеприменение приобретает плазменная поверхностная и плазменно-механическаяобработки; плазменная струя используется также для нанесениязащитных и декоративных покрытий, получения тонких металлических нитей,мелкодисперсных порошков металлов, для термической обработки.
1. Плазменная резка является наиболее производительнымвидом термической резки, широко применяемом в машино- и судостроении, назаводах подъемно-транспортного оборудования, в трубном производстве, где объемрезки листового металла особенно велик. Сжатие и стабилизация дугиосуществляется потоком газа, проходящего вместе со столбом дуги через соплоплазматрона, в результате чего температура острого плазменно-дугового факеладостигает 12000–20000 С, и свойства металла при таком мощном направленномпотоке тепловой энергии практически не влияют на процесс резки. В результателокального удаления срезанного слоя поверхность резанья получается точной поконтуру с малой степенью шероховатости.
2. Сварка плазменной струей даетхорошие результаты как для соединения тугоплавких металлов, коррозионно-стойкихсталей, так и для сплавов алюминия и других цветных металлов. Швы, полученныеплазменной сваркой, отличаются малой зоной термического влияния.
3. При плазменной наплавке присадочный материал можетподаваться в виде проволоки, ленты или порошка, поэтому этим методом возможнанаплавка всех видов наплавочных материалов. Высокая концентрация энергии вплазменной струе, стабильность дугового разряда, а также возможностьраздельного регулирования нагрева основного и присадочного материалов являютсяпреимуществом этого вида наплавки.
Электрошлаковаясварка.
Электрошлаковаясварка этоспособ бездуговой электрической сварки встык в расплавленном шлаке. Длянаведения шлаков применяют те же флюсы. Что и при электрошлаковом переплавестали. В перегретом шлаке расплавляется электродная проволока, и оплавляютсясвариваемые кромки заготовки, металл сливается в общей ванне и по затвердеванииобразуется сварной шов. Медные ползуны, охлаждаемые водой, по мере наплавлениишва автоматически перемещаются вверх и обеспечивают формирование шва
Контактная сварка.
При контактнойсварке для нагрева свариваемых частей используют тепло, выделяемоепри прохождении тока через место сварки. После достижения в зоне сваркинеобходимой температуры, свариваемые части сдавливаются. Существует три видаконтактной сварки: стыковая, точечная,роликовая.
· При стыковойсвариваемые части зажимают в контактных колодках сварочной машины и пропускаютчерез них ток большой силы. Притом в зоне сварки выделяется большое количествотепла и части по стыку разогреваются до пластического состояния. Нагретые частисдавливаются. Стыковая сварка возможна при сечении до 50000 мм и более. Такжеее применяют для соединения штамповочных листов. Прочность шва стыковой сваркине уступает прочности основного металла, поэтому эту сварку можно принять для ответственныхсоединений.
· При точечнойсварке части зажимают между электродами, по которым пропускается ток большойсилы от вторичной обмотки трансформатора. В следствии большого сопротивленияместо контакта свариваемых частей нагревается до термопластического состояния ипод действием давления электрода происходит сварка. Внутри полых электродовциркулирует вода для их охлаждения.
· При роликовойсварке (шовной) соединяют листы толщиной 0,1-3 мм из низкоуглеродистой стали илисты толщиной до 1,5 мм из коррозионно-стойкой хромоникелевой стали, латуни,бронзы, алюминиевых сплавов. Свариваемые части пропускают между вращающимисяроликами – электродами шовной машины, через которые проходит ток, выделяющийтепло в месте соприкосновения свариваемых частей, в результате образуетсясплошной шов.
Газовая сварка ирезка.
Газовой сваркой выполняют стыковые и бортовыесоединения. Угловые, тавровые, нахлесточные избегают выполнять газовой сваркойпо причине возникновения деформаций и термических напряжений в изделиях.
Газопрессоваясваркаприменяется для стыковых соединений труб. Стыки нагревают кольцевоймногопламенной горелкой и сдавливают свариваемые части. Этим способомпользуются также для сварки рельсов, бурильного оборудования и инструмента.
Газовую резку в струе кислорода используют для стали с массовым содержанием углеродадо 0,7% и некоторых сортов низколегированной стали. Чугун, алюминий, медь и еесплавы, а также высоколегированные стали непосредственно струей кислорода нережутся, для газовой резки этих металлов применяют порошковые флюсы, состоящиев основном из железного порошка и кварцевого песка. Флюс сгорает в струекислорода и повышает температуру в месте резки настолько, что образующиесятугоплавкие оксиды ошлакуются с оксидами железа и жидкий шлак выдувается струейгаза.
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ НАГРЕВ ЗАГОТОВОК ПЕРЕДОМД
ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА(УСТАНОВКИ)
Нагрев заготовок производится с целью уменьшениясопротивления деформированию. Нагрев металла для горячей обработки производитсяв пламенных и электрических печах.
Электрические печи для безокислителъного нагрева металловбывают камерные и методические. В камерных печах температура одинакова на всёмрабочем пространстве. В методических печах нагрев заготовок осуществляетсяпостепенно по заданному режиму. Контактные электронагреватели применяются длянагрева током большой силы (при малом напряжении), проходящим через нагреваемуюзаготовку, которая в данном случае служит сопротивлением. Заготовка нагреваетсяочень быстро, что обеспечивает высокую производительность и небольшую потерютепла (к.п.д. установки 70-80%). Индукционный нагрев производится с помощьюиндукционного электронагревателя, состоящего из закрытого общим кожухоминдуктора, в котором нагреваются заготовки, и монтируемой под ним батареи конденсаторов.Помещённый внутри индуктора металл нагревается под действием магнитногогистерезиса и возбуждаемых в нём вихревых токов. Высокий к. п. д. (60-70%)индукционного нагревателя достигается подбором тока соответствующей частоты.
По сравнению с нагревомзаготовок в других печах или индукционном нагреве резко сокращается (в 15-20раз) время (при подборе соответствующих частот стальная заготовка диаметром 40мм нагревается до ковочной температуры за 30-35 с), слой окалины уменьшается в4-5 раз, обезуглероженный слой практически отсутствует, уменьшается угарметалла, улучшаются условия труда (отсутствие облучения от нагревательныхпечей, бесшумность нагрева и др.). При контактном и индукционном нагревеопасность образования трещин отпадает, так как под действием возникающего всамом металле тепла получается более равномерный нагрев.
Перед ОМД металлы и сплавы нагревают, чтобы увеличитьпластичность и уменьшить сопротивление деформированию.
В процессе нагрева наповерхности заготовки образуется окалина, а под ней располагается слойобезуглеродного Ме. Толщина слоя, образующейся окалины, зависит отпродолжительности нагрева, от хим. состава сплава, от температуры. Меньшееокалинообразование происходит при нагреве заготовок в электроустановке.
При нагреве нельзядопускать перегрева заготовок (перегрев устраняется отжигом) и пережога (бракокончательный – заготовки идут на переплав).
Нагрев осуществляют впламенных печах (камерных, методических) и в электронагревательных устройствах(контактных, индукционных).
Прокатноепроизводство
Прокаткой называетсяпроцесс деформирование Ме путем его осжатия между вращающимися валкамипрокатного стана.
Прокатка – это первичнаяобработка стальных слитков. Прокатка осуществляется с нагревом заготовок. Ненагреваются заготовки на завершающих операциях. В зависимости от расположениязаготовки и валков различают 3 вида прокатки:
1. Продольная.
Оси валков заготовкивалки вращаются в разные стороны. Заготовка за счет трения втягивается в зазормежду валками и движется поступательно вдоль своей оси. При гладких валкахполучают листы; если волки имеют ручьи, то получают сортовый прокат.
2. Поперечная.
Валки имеютцилиндрическую форму. Оси валков оси заготовки. Валки вращаются в одну сторону,заготовка в противоположную и поперечным? вталкивается в зазор между валками.В результате уменьшается поперечная сеч. Заготовки на длине приблизительноравной длине валка.
3. Поперечно-винтовая.
Оси валков располагаютсяпод углом друг к другу и к заготовки, благодаря чему заготовка кроме вращающегодвижения имеет поступ. Этим способом получают бестовные трубы, тела вращения(шары).
Прокатный стан различают:
· по назначению (листовые, сортовые);
· по количеству волков (2-х,3-х-волковые и т.д.)
· по количеству рабочих клетей и схемеиз расположения.
Волочение.Прессование. Ковка, операции свободной ковки. Оборудование. Штамповка, объемнаяи листовая.
Волочение – это процесс деформирования металлапутем его протягивания через отверстия в волоке, имеющее меньшее поперечноесечение, чем заготовка. В результате волочения поперечное сечение заготовкиуменьшается и принимает форму сечения отверстия волоки, увеличивается длиназаготовки, изделия получают точные размеры и чистую гладкую поверхность.
Волочение единственныйспособ получения проволоки d=0,006мм.
При волоченииинструментом является волочильная матрица, оборудованием – волочильные станы:1) цепные и 2) барабанные.
Прессование – это процесс горячегодеформирования Ме путем выдавливания его из замкнутой плоскости контейнерачерез отверстия в матрице.
Прессование различаютпрямое и обратное. При прямом прессовании больше усилий, более чистаяповерхность, но больше отходов Ме. При обратном прессовании меньше усилий,меньше отходов Ме, но на поверхности можно видеть следы литого Ме.
При прессовании получаютпрофили различных сечений, трубы, трубки.
Ковкой — называют процесс горячегодеформирования Ме с помощью байков или другого инструмента на молоте илипрессе. Течение Ме при ковке ограничено в направлении движения инструмента.
С помощью ковки получаютфасонные заготовки для последующей механической обработки, которые называяпоковками. Поковки имеют высокие механические свойства. Их масса можетсоставлять от 50г. до 250т.(волы, скобы, крюки, волы прокатных станов).
Ковка и штамповка.
Ковка – операция малопроизводительная,поэтому применяется в условиях единичного многосерийного производства.Заготовками для ковки служит прокат (круглого или поперечного сечения). Ковкупроизводят на молотах или прессах в условиях предприятий, кроме этого различаютхудожественную ковку. Основными операциями ковки являются: осадка, протяжка,прошивка, рубка, гибка, закручивание. Для ковки применяют два типа молота:пневматический, паровоздушный. И прессы: гидравлические, ковочные с номинальнымусилием до 31,5 мН.
Штамповка. Заготовками служит прокат (круг,квадрат). Штамповка – операция высокопроизводительная, применяется в условияхмассового производства. Различают штамповку объемную и листовую, холодную игорячую. Объемная штамповка – выполняется на молотах или прессах.Течение металла ограничено полостью штампа. Штампы различают: одноручьевые имногоручьевые. Крепятся они при помощью клина и «хвоста ласточкина». Излишкиметалла, вытекающие в кольцевую канавку около ручья называемый облой илизаусенец. Их отрезают на прессах. Нагрев заготовки осуществляется для повышенияпластичности металла. Холодная объемная штамповка — это доштамповкагорячештампованных поковок (чеканка), путем малых деформаций. Листоваяштамповка осуществляется на прессах, винтовых, кривошипных. Для резки металлаприменяют ножницы (гильотинные). Основными операциями являются: вырубка,пробивка, вытяжка, отбортовка, обжим, раздача. Горячая листовая штамповкаприменяется для листов толщиной выше 6 мм,
Обработка металловрезанием.
1) Металлообрабатывающиестанки и инструменты.
Для обеспеченияустановленной чертежом точности размеров и шероховатости поверхностибольшинство деталей машин и механизмов обрабатывает на станках снятием стружки.Обрабатываемые поверхности могут быть плоскими, цилиндрическими, коническими,фасонными или сложной криволинейной формы. Движение исполнительных органовстанков делят на рабочие и вспомогательные. Рабочими называют движения, прикоторых снимается стружка; вспомогательными – движения, при которых с заготовкистружка не снимается. Рабочее движение можно разделить на главное движение идвижение подачи. Главным движением называется движение, скорость которогоявляется наибольшей.
При точении заготовкисообщается вращательное главное движение, а инструментом (резцом) – движениеподачи
При фрезеровании главноедвижение сообщается инструменту (фрезе), а движение подачи – заготовки.
При сверлении, какглавное движение, так и движение подачи обычно сообщается инструменту, однако вспециальных станках это может не соблюдаться.
При строгании напоперечно-строгальных станках и обработке заготовок на долбежных станкахглавное движение сообщается инструменту (резцу), а движение подачи – заготовкиили резцу.
При строгании напродольно-строгальных станках главное движение сообщается заготовке, а движениеподачи – инструменту (резцу).
При протягивании главноедвижение (прямолинейное) сообщается инструменту (протяжке).
При круглом и плоскомшлифовании главное движение всегда вращательное (шлифовальный круг).
2) Элементырезания.
Основными элементамирезания являются:
1) t – глубина резания междуобрабатываемой и обработанной поверхности, мм.
t=(D-d)/2
2) подача s– перемещение резца за один оборотзаготовки, мм/об
3) ширена срезанного слояb – расстояние между обработанной иобрабатываемой поверхностью измеренная по поверхности резания, мм.
Поверхность заготовки, скоторой снимается стружка, называется обрабатываемой (1); поверхность,образуемая режущей кромкой инструмента в процессе резания, называетсяповерхностью резания (3). Поверхность, образующаяся после снятия стружки,называется обработанной (2).
3) Геометрия резца.
Резец – наиболеераспространенный инструмент, применяемый при обработке материалов.
Резцы различают по видуобработки и оборудования (токарные, расточные, строгальные, долбежные,специальные); по выполняемой работе (проходные, подрезные, отрезные, расточные,резьбовые, фасонные, а также черновые, чистовые и для алмазного точения); понаправлению подачи (радиальные и тангенциальные, а также правые и левые); породу инструментального материала (из низко и среднелегированной стали,быстрорежущие, твердосплавные, алмазные, минералокерамические); в зависимостиот формы сечения стержня (прямоугольные, квадратные, круглые); по форме головки(прямые, отогнутые, изогнутые, оттянутые); по способу изготовления (цельные, сприпаянной или закрепленной механически пластинкой, с приваренной головкой).
При обработке мягких,углеродистых сталей, меди образуется сливная стружка; при обработке твердыхсталей образуется стружка скалывания; при обработке чугунов и других хрупкихметаллов образуется стружка недолома.
4) Токарные станки,виды обработки, инструменты, приспособления.
В группу токарных станковвходят токарно-винторезные, токарно-револьверные, многорезцовые токарные,карусельно-токарные, лобовые, токарные автоматы и полуавтоматы,сверлильно-отрезные (при вращающейся заготовки) и специальные токарные станки.
Основными инструментамидля токарных станков являются: резцы различных типов, сверла, зенкеры,зенковки, развертки, плашки.
Основные виды работ натокарных станках: обтачивание (цилиндрических и конических поверхностей),обтачивание и подрезание торцевых поверхностей, расточка цилиндрических иконических отверстий, нарезание резьбы.
В качествеприспособлений на токарных станках служат: центры, самоцентрирующие патроны (3х- 4х кулачковые), планшайбы, люнеты.
Фрезерные станки иработы, выполняемые на них.
Фрезерные станкиразделяются на консольные, продольные, портальные, карусельно-фрезерные,барабанно-фрезерные, копировальные и специальные.
Консольные станкипредназначены для обработке небольших по высоте и нетяжелых заготовок, чтоопределяется размерами столов (до 500•2000 мм) и наибольшим расстоянием (до 500мм) от стола до торца шпинделя (у вертикальных) или до его оси (угоризонтальных).
Фрезерование, фрезы ивспомогательные инструменты.
Фрезерование являетсяодним из высокопроизводительных и распространенных способов обработки резанием,его применяют для получения плоских или профильных (фасонных), гладких,рифленых, поверхностей деталей, получения пазов, различных канавок.
Фрезы в зависимости от положения режущей кромки относительнооси бывают с прямым и винтовым зубом; по форме задней поверхности зуба фрезыбывают затылованные и незатылованные (остроконечные).
По назначению фрезы подразделяют на следующие:
а) для обработки плоскостей — цилиндрические и торцовые;
б) для выемки пазов и шлицев — дисковые, пазовые, концевые,одноугловые, двуугловые, Т-образные;
в) для получения фасонных поверхностей — фасонные, модульные,червячные;
г) для резки металлов — отрезные (пилы круглые).
Шлифование.
Процесс обработки абразивными материалами называютшлифованием. Абразивные материалы (зерна высокой твердости с острыми кромками)могут быть в свободном виде (порошки) или в связанном (цементированном) в формекругов, брусков, сегментов.
В большинстве случаев шлифование является отделочнойоперацией, обеспечивающей высокую точность (до 0,002 мм) и необходимый классшероховатости поверхности, и применяется для обработки наружных и внутреннихцилиндрических и конических, плоских и криволинейных поверхностей всех металлови сплавов.
Шлифование применяют также для обдирочных работ, для заточкирежущих инструментов. Наибольшее число шлифовальных работ выполняется сиспользованием быстро вращающегося абразивного круга.
По ГОСТу в зависимости от размеров зерен абразивов их делятна шлифзерна — зернистость от № 200 до № 16, шлифпорошки — от № 12 до № 3(номер указывает средний размер зерна в сотых долях миллиметра) и микропорошки— от М40 до М5 (номер определяет размер зерна в мкм). Выбор зернистости зависитот требуемой шероховатости: для обдирочной обработки применяют крупнозернистыеабразивы, для чистовой и отделочной — мелкозернистые.
Связка обеспечивает получение компактных абразивных инструментовнужной формы и размеров и определяет их прочность и твердость. Применяют связкинеорганические и органические. Наиболее распространена неорганическая связка — керамическая К, составляемая из огнеупорной глины, жидкого стекла и другихкомпонентов. Органические связки — вулканитовая В и бакелитовая Б имеют большуюпрочность и упругость и применяются для изготовления тонких (отрезных) кругов,для инструментов, используемых при доводочных операциях; круги на вулканитовойсвязке кроме того используют в качестве ведущих при бесцентровом шлифовании.
В группу шлифовальныхстоиков входят станки для круглого, шлифования (центровые круглошлифовальные,бесцентрово-шлифовальные, внутришлифовальные), станки для плоского шлифования,притирочные и полировальные, заточные, обдирочные шлифовальные, а такжеспециализированные и специальные.