Металлургия и материаловедение

Циммерман Р., Гюнтер К.

Металлургия, 1982 г.

4.4.2.2. Электролиз алюминия (электролиз расплавленных солей)

Принцип (рис. 4.101) [33]. Катодом служит подина ванны. Анод состоит из многочисленных предварительно обожженных угольных блоков (старая конструкция), набивных самообжигающихся электродов (необожженная вязкая анодная масса в алюминиевом кожухе, которая по мере сгорания анода постепенно обжигается) или из предварительно обожженных непрерывно вводимых анодных блоков. Электролит состоит из криолита (3NaF--A1F3), который при 7>950°С плавится а растворяет до 15 % глинозема (А12Оз). По плотности Электролит легче металлического алюминия. При электролизе (сила тока от 30 до 130 кА) происходит электролитическое разложение А12О^. Жидкий А1 собирается на дне ванны, откуда его периодически удаляют вакуумированием.

4.5. НОВЫЕ МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ РЬ, Zn, Си [91]

а. Плавка свинца. Концентрат, содержащий от 60 до 80 % РЬ, брикетируется и затем вместе с обожженной оборотной пылью спекается с продуванием воздуха. Продукт спекания содержит от 60 до 70 % РЬ. Этот спек с высоким содержанием свинца партиями загружается в короткобара банную печь (см. 4.4.1.6.) без дополнительных присадок. В печи, обогреваемой мазутом или газом, происходит ликвация свинца. После многократных циклов загрузки и выпуска производится обработка богатого свинцом остатка углем и серой. Сопутствующий Zn при этом процессе интенсивно улетучивается.

б. Метод BBU. Применяется блайбергеровская круглая печь, представляющая со бой дальнейшую модификацию круглой горновой печи Шлиппенбаха (см. 4.4.1.7.2.).
Для этого процесса требуются богатые концентраты (>72 % РЬ), которые предварительно окомковываются в смеси с оборотной пылью (от 2 до 5 мм). Шихта состоит
из окомкованного концентрата и, небольшого количества угля (аналогично ранее рассмотренному способу плавки в горновой печи). Богатые остатки (серый шлак) перерабатываются в короткобарабанной или шахтной печи (см. 4.4.1.З.). При использовании короткобарабанной печи (небольшие загрузки) остатки восстанавливают углем и обрабатывают серой при добавке соды
или железного скрапа. Метод Империал-Смелтинг. Особенностью этого метода является комбинированное производство Zn и РЬ. При получении свинца по этому способу одновременно получается металлический цинк, вследствие чего стоимость производства РЬ оказывается ниже, чем при любом другом методе (в шахтных печах, горнах, BBU-метод).

Концентраты спекаются и затем плавятся с коксом в шахтной печи специальной конструкции. Испарившийся цинк поступает в конденсатор, где захватывается свинцом, который затем с помощью ликвации и дистилляции вновь отделяется. Свинец (возможно, содержащий благородные металлы, Сц и другие элементы) вместе со шлаком периодически выпускается. Разделение свинца и шлаков происходит в отстойнике. Процесс Воркра (см. 4.2.5.). Новый тип печи непрерывного действия, в которой осуществляется Плавка подаваемого через фурмы сырья с получением штейна и шлака. Этот Процесс позволяет также использовать одну печную установку для переработки штейна в черновую медь. Успешное разделение фаз осуществляется путем применения принципа противотока. При этом черновая медь и шлак выпускаются на противоположных концах печи.

5.1.2. Процессы деформации

Классификация

а. По температуре:

— Холодная деформация. Температура деформации лежит ниже температуры рекристаллизации (см. 1.Ю.), преимущественно при температуре от комнатной до 250 °С (для сталей). Характерным является рост деформационного упрочнения материала в ходе деформации, которое может быть устранено с помощью отжига (нагрева) после деформации.

— Горячая деформации1. Температура деформации лежит выше температуры рекристаллизации (см. 1.10.). Часто горячую деформацию проводят в условиях, когда рекристаллизация протекает интенсивнее, чем деформационный наклеп. При этом упрочнение в момент образования новых зерен (рекристаллизованных) уменьшается за счет развития процессов разупрочнения.

б. По характеру действия сил при обработке:

— прямое действие силы. Материал обычно деформируется под действием движущихся навстречу друг другу контактных плоскостей (ковка, прокатка, nbsp; высаживание);

— косвенное действие силы. Усилие деформации прилагается так, что, находясь между расположенными под углом друг к другу контактными плоскостями, Материал деформируется за счет возникающих при этом на контактных плоскостях реактивных давлений (прошивка, прессование, волочение, отбортовка, осадка).

в. По виду получаемой продукции: заготовки; трубы; полосы и листы; профили; поковки, прессовки; проволока.

г. По конструктивным признакам валкового узла в клети стана.

Получение толстого листа (рис 5.40) [3]. Слябы обычно нагревают под прокатку в нагревательных колодцах, методических толкательных печах или в печах с выдвижным подом. После этого производится прокатка слябов в продольном направлении (с одновременной ломкой окалины, ликвидацией конусности), кантовка и прокатка в поперечном направлении на заданную конечную ширину, новая кантовка и прокатка в продольном направлении на конечную толщину. Далее — обрезка кромок и правка листа. В ряде случаев проводится нормализация. В современных мощных станах применяются четырехвалковые клети и дополнительные обжимные клети.

Описан основной Процесс производства толстых листов, удовлетворяющий широким требованиям производства.

Получение горячекатаной полосы. Различают непрерывный и полунепрерывный процессы получения полосы. Схема непрерывного широкополосового стаиа горячей прокатки приведена на рис. 5.41 [2]. Слябы зачищают огневой зачисткой, ускоренно нагревают до 1250 "С (меньшее окалинообра-зование), обжимают до подката длиной <50 м (окалиноломатель, гидросбив окалины при давлении до 100 атм, прокатка с кантовкой) и, наконец, проводят чистовую горячую прокатку полосы. Для этого выдерживают подкат на промежуточном рольганге для обеспечения заданной температу-

142

3.4.3. Рафинирование чернового металла Черновой металл, загрязненный примесями, рафинируют различными методами (с относительно узкими границами применимости) . 1. Физические методы. ликвация (зейгерование), осаждение интерметаллических соединений, дистилляция (дразнение). 2. Химические методы. Избирательные окисление и сульфидизация, хлорирование. 3. Электрохимические МЕТОДЫ (электролитическое рафинирование). Электролиз водных растворов или расплавов. 3.4.3.1. Физические МЕТОДЫ рафинирования Основываются на различиях в физических свойствах разделяемых компонентов. Ликвация. Метод рафинирования чернового металла, основанный на создании гомогенности расплава за счет уменьшения растворимости примесей при медленном охлаждении расплава или на разложении сплава при его медленном нагреве. Используются некоторые свойства эвтектических систем с отсутствием растворимо¬сти или с малой растворимостью компонентов в твердом состоянии. Ликвационное Рафинирование может осуществляться: 1. При охлаждении. Процесс оптимальный с точки зрения теплотехники. Основной металл кристаллизуется после примесей, имеющих меньший удельный вес. При этом образуется пена или съемы. При обратном соотношении плотностей, наоборот, сливают основной расплав. Если оба продукта ликвации жидкие (например, Pb/Zn). то выпуски производят на разных уровнях (в отстойник или желоб). 2. При нагреве. Процесс используется, когда эвтектика составляет основу исходного материала. Нагрев ведется до температуры несколько выше солидуса. Исходный Материал — черновой металл. Легкоплавкие компоненты вытапливаются и располагаются по границам зерен первичных кристаллов основного металла, которые остаются в твердом состоянии. Происходит ликвация. Наряду с температурой для успешного рафинирования имеет значение также растворимость присутствующих компонентов. Данные о смешиваемости в жидком состоянии [911 приведены в табл. 170. ликвация с образованием интерметаллических соединений. Процесс (по Кроллу) состоит в том, что к расплаву чернового металла, загрязненного примесями, добавляется другой металл или несколько металлов. Образуются интерметаллические соединения между примесями и присадочными металлами, которые должны быть нерастворимы в основном металле или растворимость которых должна зависеть от температуры. При этом образуются тугоплавкие соединения постоянного состава