Реферат на тему:
Виробництво магнію з магнієвих руд. Особливості процесу. Отримання
відливок литвом під тиском
1 ВИРОБНИЦТВО МАГНІЮ З МАГНІЄВИХ РУД. ОСОБЛИВОСТІ ПРОЦЕСУ
Магній широко застосовують у вигляді сплавів з алюмінієм, цинком і
марганцем для виготовлення деталей авіаційних і автомобільних двигунів.
Магнієві сплави володіють хорошими ливарними властивостями, що дає
можливість отримувати з них складні відливання. Сплави легко піддаються
зварюванню і обробці різанням.
Основними видами сировини для отримання магнію є магнезит, доламає,
карналіт і бішофіт: Головною складовою магнезиту є MgC03, а доломіту
CaCO3MgC03. Карналіт – це природний хлорид магнію і калія MgCl2KCl-6H20.
Бішофіт (MgCl26H20) виходить при переробці карналіта або випаровується з
води солоних озер і Морея.
Найбільш поширений в даний час електролітичний спосіб отримання магнію.
При цьому слід враховувати, що отримувати магній цим способом з водних
розчинів його солей неможливо, оскільки електрохімічний негативний
потенціал магнію по абсолютній величині значно більше негативного
потенціалу розряду іонів водню на катоді. Тому процес електролізу ведуть
з розплавлених солей магнію.
Основною складовою електроліту є хлористий магній. Для зниження
температури плавлення електроліту і підвищення його електропровідності
бажано, щоб в електроліті були присутні NaCl, Сас12 і До. Наприклад,
дуже великого поширення набув чотири компонентний електроліт приблизно
наступного складу: 10% MgCl2, 45% Сас12, 30% NaCl і 15% Кс1 з невеликими
добавками NAF і CaF2.
Таким чином, для отримання електроліту необхідно, щоб були в наявності
безводі хлориди і перш за все MgCl2. Його отримують хлоруванням окислу
магнію або ж обезводненням карналіта.
Хлорування окислу магнію може бути здійснене при температурі 500 – 700°
З по реакції
MGO + Сl = MgCl2 +1 / 2O2 -132630,
= +132630 Дж (31700 кал).
Процес полегшується у присутності вуглецю:
MGO + C + Cl = MgCl2 +СО- 22130
= +22130 Дж (5290 кал);
MGO + CO + Cl2 = MgCl2 + С02 + 78870
= -78870 Дж (25940 кал).
Процес обезводнення карналіта складається з двох стадій. Першу проводять
в трубчастих печах при температурі 550 – 600° З, а друга зводиться до
переплавлення карналіта і відставання окислу магнію і її здійснюють в
електричних печах опори при температурі 780 – 850° З, в яких
нагрівальним елементом служить розплавлений карналіт.
Окисел магнію хлорують в шахтних електричних печах, в яких тепло
розвивається в шихті з вугільних брикетів, а хлор подають на розжарені
вугільні брикети. Хлористий магній скупчується на подине печі і його
випускають через льотку (малюнок 1.1).
Малюнок 1.1. Шахтна електрична пекти для хлорування: 1 – льотки: 2 –
вугільні електроди: 3 – робочий отвір; 4 – пристрій завантаження шихти:
5 – отвір для відведення газів, що відходять; 6 – вогнетривка кладка; 7
– фурми: 8 – шихта; 9 – вугільний опір (брикети).
Електролітичне отримання магнію здійснюють в електролізері, схема якого
показана на малюнку 1.2. Анодами служать графітові пластини 1, а
катодами – сталеві пластини 2. Питома щільність магнію менше питомої
щільності електроліту, і тому магній спливає. Слід врахувати, що хлор,
що виділяється на аноді, теж спливає. Щоб уникнути взаємодії хлора і
магнію, а також короткого замикання анода і катода розплавленим магнієм,
вгорі встановлюють спеціальну розділову діафрагму 3.
В процесі електролізу витрачається хлористий магній, який заповнюють,
вводячи свіжі хлористі солі.
Магній видаляють з поверхні катодного простору не рідше одного разу на
добу. Для цієї мети застосовують вакуумні ковши з електричним
нагрівачем.
Малюнок 1.2 – Схема магнієвого електролізера
Магній, що витягує з ванн, зазвичай піддають рафінуванню для видалення
металевих (Fe. Na. Ю і неметалічних домішок (САСЬ, MgCb, NACI, КС I і
MGO). Це здійснюють переплавленням магнію з флюсами або сублімацією.
Рафінований магній розливають в чушки на розливній машині.
Застосовують також термічні способи отримання магнію з використанням як
відновник З, Si або САО. З них простіше силикотермический спосіб, при
якому користуються спеціальними ретортами з хромойпкелевои жароміцної
сталі, що поміщаються в електропіч або в пекти, опалювальну газоподібним
паливом. Як сировина краще всього брати доломіт MGCO;,-CaCQ3, а як
відновник – кремній феросиліцію. Магній виходить високої чистоти.
2 ОТРИМАННЯ ВІДЛИВАНЬ ЛИТВОМ Під тиском
Принципова особливість литва під тиском полягає в тому, що в металеву
прес-форму рідкий метал подається під тиском в середньому близько 500
кріт з підвищеною швидкістю до 60 м/сек. Цей спосіб дозволяє отримувати
складні по конфігурації відливання, найбільш близькі до розмірів готової
деталі без механічний обробки і з дуже тонкими стінками (до 0,5 мм).
Деталі при цьому виходять точних розмірів (5-й клас точності), з чистою
поверхнею (67Й клас), /четкими конструктивними рельєфами і готовими
отворами діаметром до 1 мм. При литві під тиском можливе отримання
відливів з армованими вставками з інших матеріалів.
Проїзводстлзо фасонних відливань литвом під тиском викликано великим
попитом на вироби з легких і цинкових сплавів і дуже високою
продуктивністю цього способу, що особливо сприятливо при масовому
виробництві. В даний час 95 % відливок з цинкових і близько 50 % з
алюмінієвих сплавів випускають цим способом. Споживачами литва під
тиском є точне приладобудування, автомобільна, електротехнічна; побутова
промисловість. Відливають також деталі з магнієвих і мідних сплавів, але
в менших кількостях.
Проте разом з достоїнствами цей спосіб має і істотні недоліки. Важко
отримати відливання литвом під тиском без газової пористості, оскільки
унаслідок майже миттєвого заповнення порожнини форми розплав
перемішується у формі з газом 1-і повітрям, не успішним вийти з
відливання. Із-за газової пористості відливання не можна піддавати
термічній обробці, оскільки при нагріві з’являється здуття ют розширення
газу в міхурах.
Литво під тиском здійснюється па машинах, які конструктивно
підрозділяються на машини з холодною і гарячіше камерами пресування.
Машини з гарячою камерою пресування зручніше застосовувати для литва
магнієвих сплавів, оскільки при такій технології легко забезпечити
захист металу від загоряння, а розчинення заліза в металі практично не
небезпечно.
Конструкція і стійкість прес-форми при литві під тиском в значній мірі
визначають якість і собівартість відливань. Вартість і трудомісткість
виготовлення прес-форми для складних крупних відливань дуже великі.
Для здешевлення вартості прес-форми широко застосовують нормалізацію
деталей і створення типових конструкцій прес-форм для кожного
типоразмера машин. Прес-форми виготовляють з вуглецевих і легованих Сг,
W, Мо-пермалой, Із сталей (3X2B8, 5ХНМ, Еі1(21 і ін.).
Вставки можуть бути з ковано/о металу і литі. Прес-форми піддають різним
видам термо- і термохімічної обробки: азотуванню, хромуванню і ін.
b d I
I
?
3/4EaoeV
^
`
f
h
h
( h
$ h
h
* h
h
h
h
h
h
h
Ue* h
h
h
d ?
„`„gd
f
j
l
†
?
h
j h
h
* h
* h
‘ h
h
h
$ h
®cAe~iUAe®~?®?* h
j. h
h
” h
” h
h
* h
j h
j h
h
{?eo\M\M\B\M\B\B h
h
$ h
h
h
h
h
j h
h
* h
* h
e-?”?”^#`#?$‚$U$Ue$?%„%?%?%?%O%Ue%ae%oe%ue%~&?&„&o&u&¤’?’U’ue’n(?(”)?)?)
¬)*@*z*?*iTHiOiOiOiAeiAeiAeiAeiAei?OiOiAeiAeiAeiAei›iO”?j* h
‘ h
h
hСтійкість прес-форм залежить від виду металу, що заливається, і режими
заповнення Ним порожнини форми. Середня стійкість прес-форм при роботі з
цинковими сплавами складає в середньому 150 – 250 тис. запрессовок,
алюмінієвими і магнієвими 50/- 100 тис. запрессовок, мідними (латунь)
5-100 тис. за-прессовок.
Повний цикл отримання відливань при литві під тиском триває приблизно 20
– 200 сік і складається з наступних основних операцій: приготування
рідкого металу, підготовки і замикання прес-форм, заливки розплаву в
камеру пресування запрессовки металу у форму, витримки до твердіння,
розкриття прес-форми і виштовхування відливань, очищення і підготовки до
чергової заливки.
Плавка металу проводиться в звичайних для кольорових сплавів печах
різної ємкості. Приготований добре отрафинированный метал заданого
хімічного складу переливається в роздаточні печі типу тигля, які
встановлені безпосередньо у машин. Температура в роздаточних тиглях
підтримується по заданому режиму автоматично за допомогою термопар
занурення і системи терморегулювання. Заливка здійснюється або уручну
невеликими ковшами-черпаками, або за допомогою заливально-дозуючих
пристроїв, що працюють за принципом електромагнітної передачі металу з
тигля в камеру або шляхом витіснення металу з тигля по металлопроводу
стислим повітрям, або механічно за допомогою натиснення на дзеркало
металу спеціальним поплавцем.
На малюнку 2.3 приведена схема дозуючого пристрою, що працює від
стислого повітря. З тигля 1 метал по металлопроводу 2 порційно
витісняється повітрям в камеру пресування 3.
Малюнок 2.3 – Схема автоматизованої установки для -заливки металу при
литві під тиском
Температури заливки різних сплавів при литві під тиском зависятот
габаритів і товщини відливання, конструкції систем літників і багатьох
інших чинників і приблизно складають: для цинкових сплавів 400 – 500° З,
алюмінієвих 660 – 75.0° З, магнієвих 700 – 780° З, латуні 950 – 1000° С.
Для отримання щільного відливання температура заливки повинна бути
можливо нижчою, причому іноді запресовують метал, який вже почав
кристалізуватися.
На якість відливання істотний вплив надає також температура прес-форм.
При холодній формі відливання виходять з поганою поверхнею (неспаи,
рельєф на поверхні, схожий на узори на вікнах, – «мороз» і ін.) з
великою кількістю газових пір.
Заливка ж в перегріту форму знижує механічні властивості, веде до
приварювання металу до стінок прес-форм. Температуру прес-форми в
процесі роботи рекомендується підтримувати рівній 1/3 температури
металу, що заливається. Постійність температури форми забезпечується
водяним охолоджуванням за системою каналів, що виконуються в стінках
прес-форми.
Перед початком, а також в процесі роботи поверхні форми, дотичні
безпосередньо з рідким металом, покривають мастилом, яке оберігає форму
від приварювання, підвищує її стійкість, покращує якість поверхні
відливання і зменшує зусилля при видаленні відливання з прес-форми.
Періодично змащують також плунжерную пару машини.
Як мастила використовують мінеральні масла «Вапор» окремо або в суміші з
графітом (до 25%) водний розчин NAF (до 3%). Мастило наносять тонким
шаром і а до як рясне покриття викликає підвищення газовмісту у
відливаннях.
Якість відливань в значній мірі залежить від значень тиску і швидкості
пресування. Чим більше тиск пресування, тим відливання виходять
щільніше. По збільшення тиску викликає противодавление у формі і може
відбутися при відкриття форми по роз’єму, що спотворює розміри відливань
і викликає викид металу. Поетом) зусилля замикання форми повинне в 3 –
20 разів перевищувати тиск пресування. В даний час є машини з питомим
тиском пресування до 2500 кГ/см2, але у них значні розміри (довжина до 8
– 20 м і висота до 5 м). Швидкість впускання рідкого металу в прес-форму
залежить від швидкості робочого ходу поршня, його діаметру і перетинів
системи літника і коливається на практиці від 0,05 до 5 м/сек. Швидкість
впускання вибирається залежно від конфігурації, габаритів і вимог до
якості відливання
Низькі швидкості впускання зменшують захоплення повітря і газів металу,
збільшують щільність відливання. Перетини живильників виконуються при
цьому достатньо великими: вони довго не тверднуть і дозволяють вже після
заповнення форми проводити підпресовування до повного твердіння
відливання. Проте низькі швидкості впускання по забезпечують заповнення
форм, призначених для отримання тонкостінних з розвиненими поверхнями
виробів. Отримання таких виробів вимагає високих швидкостей впускання,
що веде до великого захоплення повітря металом, вироби виходять
пористими, а прес-форми розмиваються металом. На практиці досвідченим
шляхом вибирають найбільш оптимальні швидкості пресування, які повинні
забезпечити одночасно і якісне заповнення порожнини форми і мінімальне
захоплення газів при запрессовке. Найбільш раціональним режимом
впускання вважається ступінчастий. На початку невелика швидкість, а в
кінці максимальна. Значною мірою оптимальні умови заливки при литві під
тиском забезпечуються правильно сконструйованою системою літника.
Найчастіше застосовують щілинні живильники типу, що переважно
розширюється, які розташовують так, щоб метал перш за все поступав в
труднозаполняемые частині форми, щоб він протекав спокійно, суцільним
струменем, без розбризкування, а повітря з форми віддалялося
безперешкодно через спеціальні канавки, виконані по роз’єму і в самій
матриці. Крім того, в прес-формах передбачають спеціальні
полости-промывники в яких витісняються перші порції металу зазвичай з
найбільшою кількістю замішаного повітря.
Щоб уникнути освіти у відливаннях повітря і газових пір іноді створюють
вакуум в порожнині прес-форм. Проте це ускладнює процес, і вакуум
використовують лише для отримання особливо відповідальних виробів.
Накопичений досвід отримання виробів литвом під тиском показує, що
найбільш якісним і економічно вигідним є виробництво тонкостінних
відливань з рівномірною товщиною стінок, без масивних вузлів, виступів і
глибоких порожнин, без гострих переходів, з обтекемыми формами.
Скупчення у виробах металу і потовщень викликає утворення усадкової
пористості, оскільки при литві під тиском на звичайних машинах не
вистачає тиску для запрессовки нір, що утворилися.
З різних кольорових сплавів найбільш технологічні сплави з вузьким
інтервалом кристалізації, оскільки вони володіють підвищеною
жидкотекучестыо і легше забезпечують живлення відливань, чим
широкоинтервальные сплави. З цинкових сплавів знайшли широке
застосування сплави Ца4, ЦАМ 4 – 3, з алюмінієвих AJI2, Ал9, AJ14, АЛЗ,
з магнієвих Мл5 і Мл6, з мідних Лс59-1, Лк80-зл, Лмцж-55-3-1 і ін.
Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter
