Производство алюминия
Технология производства алюминия (рис. 5.1) состоит из самостоятельных операций: получения глинозема, криолита, электродов для электролизного производства алюминия-сырца.
Плавиковый шпат
Руды алюминия
Углеродистые материалы
Обогащение
Производство глинозема
Производство электродов
Производство криолита и др. фтористых
солей
Чистая окись алюминия
Анодная масса и др. электродные изделия
Электролитическое получение алюминия
Электроэнергия
(технологическая)
Чистый криолит
Рафинирование
Чушковый алюминий
Рис. 5.1. Получение алюминия
Алюминий в природе обычно находится в составе алюмосиликатных горных пород и в чистом виде не встречается, но образует соединения, содержащиеся в глиноземе. Он довольно распространен в горных породах земной коры (8,8 %): боксите, нефелине, алуните, и каолине (глине), но рудами являются только породы, богатые глиноземом.
Производство алюминия состоит из получения глинозема из бокситов, нефелинов, алунитов, каолинов и некоторых других глин, и электролитического восстановления алюминия из расплавленного глинозема, растворенного в криолите Na3 A1F6. Для извлечения глинозема из руд применяют сухой щелочной способ, мокрый щелочной способ и электротермический способ.
Металлический алюминий восстанавливают электролизом в печах (рис. 5.2), которые называют электролизерами. Электролизер состоит из стального корпуса 1, выложенного изнутри в два слоя 2 и 3 теплоизоляционной футеровкой из огнеупорного кирпича и угольных блоков, шин 9, к которым подводят отрицательный полюс постоянного тока, угольных блоков 6, погруженных в электролит 8 и являющихся анодом, к которым шинами 7
Рис. 5.2. Электролизер
подводят положительный полюс. Электролиз ведут при температуре 950…1000 °С, напряжении тока 4…10 В, силе тока до 150 000 А. Расплавленный криолит и глинозем в пропорции соответственно 94…90% и 6…10 % находятся в электролизере, заполняя его рабочий объем, и служат электролитом для электролиза при пропускании постоянного тока. Электролит сверху и с боков на холодных стенках образует твердую корку 4, которая уменьшает теплопотери и испарение электролита. На корку периодически подают порции глинозема 5, а образовавшийся на Дне ванны жидкий алюминий выпускают один раз в 3…4 суток через летку. Полученный алюминий имеет примеси железа, кремния и другие, которые устраняют электролитическим рафинированием. Рафинированием можно получить алюминий чистотой 99,999 %.
Общая характеристика литейного производства
Литейным производством называется процесс получения разнообразных отливок путем заливки жидкого металла в литейные формы. С этой целью в основном используются разовые формы, изготовленные из формовочной смеси, и постоянные - из чугуна, стали и других материалов.
Фасонные отливки (заготовки, детали машин и изделия) отливают из чугуна, стали, медных, алюминиевых, магниевых и других сплавов. Вес отливок может быть самым разнообразным: от нескольких граммов до сотен тонн. Методом литья можно получить фасонные отливки такой сложной конфигурации, которые с помощью других видов производства (ковки, штамповки, сварки, механической обработки) изготовить невозможно.
Литейное производство имеет большую историю. Установлено, что оно существовало еще за 5000 лет до нашей эры. Русский, народ славился литейными мастерами. В 1554 г. были отлиты пушки калибром 650 мм. В 1594 г. литейщик Андрей Чохов отлил из бронзы царь-пушку калибром 730 мм, весом 2400 пудов. В 1735 г. Иван Моторин вместе со своим сыном Михаилом отлил величайший в мире царь-колокол весом 1200 пудов. Царь-колокол является образцом литейного искусства по изяществу формы и отливки, а также по всей величине. В 1782 г. в Петербурге была отлита статуя «Медного всадника» весом 1300 пудов (21 200 кг) и высотой 10 м.
Теория и практика технологии литейного производства на современном этапе позволяет получать изделия с высокими эксплуатационными свойствами. Отливки надежно работают в реактивных двигателях, атомных энергетических установках и других машинах ответственного назначения. Они используются в изготовлении строительных конструкций, металлургических агрегатов, морских судов, деталей бытового оборудования, художественных и ювелирных изделий.
Современное состояние литейного производства определяется совершенствованием традиционных и появлением новых способов литья, непрерывно повышающимся уровнем механизации и автоматизации технологических процессов, специализацией и централизацией производства, созданием научных основ проектирования литейных машин и механизмов.
Важнейшим направлением повышения эффективности является улучшение качества, надежности, точности и шероховатости отливок с максимальным приближением их к форме готовых изделий путем внедрения новых технологических процессов и улучшения качества литейных сплавов, устранение вредного воздействия на окружающую среду и улучшения условий труда.
Литье является наиболее распространенным методом формообразования.
Преимуществами литья являются изготовление заготовок с наибольшими коэффициентами использования металла и весовой точности, изготовление отливок практически неограниченных габаритов и массы, получение заготовок из сплавов, неподдающихся пластической деформации и трудно обрабатываемых резанием (магниты).