Позапічне рафінування є найважливішим напрямом розвитку сталеплавильного виробництва, тому що дає змогу значно скоротити час плавлення і підвищити якість сталі.

При обробці у вакуумі сталь розкислюється, очищається від неметалевих включень (сірки, фосфору), від водню і азоту, крім того випаровуються такі домішки, як свинець, олово та ін.

Суть рафінування синтетичним шляхом полягає в тому, що у ківш перед випусканням з нього сталі заливають спеціально приготовлений шлак. У даному випадку метал очищується від сірки, газів і неметалевих включень.

Продування сталі газопорошковими сумішами приводить до ефективного рафінування (внаслідок високого ступеня адгезії на поверхні розподілу бульбашка газу-неметалеве включення і здатності шлаку асимілювати ці включення з бульбашок), розчинення розкислювачів і феросплавів, вирівнювання складу сталі.

До переплавних процесів, які покращують якість сталей, відносяться: електрошлаковий, вакуумно-дуговий, плазмово-дуговий, електронно-променевий та ін.

Розглянемо електрошлакове переплавлення. Із мідного водоохолоджувального кристалізатора 2 (рис.21) витягується затверділий злиток 5. Зверху в кристалізатор подається електрод 1. Шлак 3 має високий омічний опір і розігрівається струмом, що проходить через електрод-шлак-злиток, до 2273 0К, спонукає плавитися електрод, який постійно подається у кристалізатор. У процесі переплавлення краплі металу, проходячи через шар рідкого шлаку, очищаються від сірки, неметалевих включень і газів. Злиток набуває вертикальної кристалізації, у ньому немає пористості, усадки і газових включень.

2.5. Методи виробництва високоякісних сталей.

Для виробництва високоякісних сталей використовують конверторний і мартенівський способи виплавляння сталі у поєднанні з позапічним рафінуванням. Високоякісні сталі виплавляють в електропечах із чистих компонентів. Плавлення може проводитися у відкритих електропечах, вакуумних та інертній атмосфері.

2.6. Бездоменний процес виробництва сталей.

Бездоменний процес виробництва сталі полягає в одержанні з руди чистого заліза, а потім шляхом добавок до нього різних компонентів виплавляють різні вуглецеві та леговані сталі. Залізо з руд добувають шляхом відновлення його з оксидів за допомогою більш активних елементів (Н2, С2).

2.7. Порошкова металургія.

Технологічний процес виготовлення заготовок чи виробів шляхом порошкової металургії полягає в тому, що спочатку виготовляють порошки складових, потім старанно перемішують і суміш пресують під тиском від 100 до 420 МПа. Одержані у прес-формах напівфабрикати спікають при високих температурах до 1773 0К. У процесі спікання зв’язуючий метал розплавляється і зв'язує тверді частинки в одне ціле. Часто пресування і спікання суміщають (гаряче пресування).

2.5. Методи виробництва високоякісних сталей.

Для виробництва високоякісних сталей використовують конверторний і мартенівський способи виплавляння сталі у поєднанні з позапічним рафінуванням. Високоякісні сталі виплавляють в електропечах із чистих компонентів. Плавлення може проводитися у відкритих електропечах, вакуумних та інертній атмосфері.

2.6. Бездоменний процес виробництва сталей.

Бездоменний процес виробництва сталі полягає в одержанні з руди чистого заліза, а потім шляхом добавок до нього різних компонентів виплавляють різні вуглецеві та леговані сталі. Залізо з руд добувають шляхом відновлення його з оксидів за допомогою більш активних елементів (Н2, С2).

2.7. Порошкова металургія.

Технологічний процес виготовлення заготовок чи виробів шляхом порошкової металургії полягає в тому, що спочатку виготовляють порошки складових, потім старанно перемішують і суміш пресують під тиском від 100 до 420 МПа. Одержані у прес-формах напівфабрикати спікають при високих температурах до 1773 0К. У процесі спікання зв’язуючий метал розплавляється і зв'язує тверді частинки в одне ціле. Часто пресування і спікання суміщають (гаряче пресування).

3. Загальні відомості про виробництво міді та алюмінію.

3.1. Виробництво міді.

Мідь у природі знаходиться у самородному стані, сульфідних і окисних рудах. На сульфідні руди припадає близько 80 % усіх світових запасів. З них найпоширеніші: халькопірит (мідний колчедан) СuFеS2, халькозин Сu2S, борніт Сu3FеS3, ковелін СuS.

З окисних руд використовують малахіт СuСО3·Сu(ОН)2, куприт Сu2О, тонорит СuО, азурит 2СuСО3·Сu(ОН)2. Середній вміст міді в рудах не перевищує 3 %.

Технологічний процес плавлення міді складається з: одержання мідних концентратів (збагачена руда); одержання з мідних концентратів шляхом випалювання, мідного штейну; виплавляння з мідного штейну, шляхом продування його повітрям у спеціальних конверторах, чорнової міді; рафінування чорнової міді (вогневим і електролітичним способами).

3.2. Виробництво алюмінію.

Алюміній посідає перше місце серед металів щодо поширення у природі. Його вміст у земній корі становить 7,45 %.

Рудами алюмінію є: боксити, нефеліни, алуніти і каоліни.

Виробництво алюмінію складається із двох основних процесів: добування глинозему з руди та електролізу глинозему.

Глинозем одержують трьома способами: лужним, кислотним та електротермічним.

Найбільш поширений лужний спосіб (розроблений у Росії). За цим способом боксит після подрібнення і розмелювання вилуговують концентрованим розчином їдкого натру при температурі 523 0К і тиску 2500-3000 МПа. Електроліз глинозему проводять у розчині кріоліту (Nа3АlF6) у спеціальних електролізних ваннах. Дно ванни виложене з вуглецевих блоків і є катодом “-“ . Температура електролізу підтримується приблизно 1200 0К. Рідкий алюміній нагромаджується на дні ванни і періодично (через1-2 доби) забирається з ванни.

Електролітичний алюміній піддають рафінуванню електролітичним способом або продуванням хлором.

При електролітичному рафінуванні чистота алюмінію досягає 99,999%.

3.2. Ливарне виробництво.

Ливарне виробництво - процес виготовлення фасонних відливок під час заповнення рідкими металами і сплавами спеціальних фасонних форм, в яких метал твердіє. Відливки бувають різної маси і досить складної форми. Лиття - це досить простий і дешевий технологічний процес. Для лиття придатні лише сплави з високими “ливарними” властивостями.

Найбільшу кількість відливок одержують з сірого чавуну - 70 %, із сталі до 20 %.

Література:

1. А.Е. Лейкін, Б.І. Родін. Матеріалознавство, “Вища школа”. М., 1971.

2. Г.А. Глазов. Технологія металів та інших конструкційних матеріалів. “Машинобудування”, Л., 1972.

3. О.К. Сучков. Технологія металів і конструкційні матеріали.