Билет №5

Электрошлаковый переплав

Электрошлаковый переплав — вид электрошлакового процесса, электрометаллургический процесс, при котором металл переплавляется в ванне электропроводного шлака, нагреваемого электрическим током. При таком способе переплава повышается качество металлов и сплавов. Электрошлаковый переплав разработан в начале 50-х гг. 20 в. в институте электросварки им. Е. О. Патона АН УССР на основе электрошлаковой сварки. Изменяя состав шлака и температурный режим процесса, осуществляют избирательное рафинирование металла. В результате электрошлакового переплава содержание серы снижается в 2—5 раз, кислорода и неметаллических включений в 1,5—2,5 раза. Слиток характеризуется плотной направленной микроструктурой, свободен от дефектов литейного и усадочного происхождения. Химическая и структурная однородность слитка обусловливает изотропность физических и механических свойств металла.

Литниковая система

Литниковая система, совокупность каналов (элементов), через которые расплав из ковша или другого разливочного устройства подводится к рабочей полости литейной формы. Назначение Литниковая система — обеспечение оптимальных условий и продолжительности заливки формы с целью получения отливки с чёткими гранями и контурами, предотвращение попадания неметаллических включений (при заливке из поворотного ковша), а при затвердевании сплава — питание отливки для предотвращения усадочных раковин. Элементы Литниковая система в соответствии с их назначением разделяют на подводящие и питающие (в некоторых частных случаях такого разделения не существует).   К подводящим элементам Литниковая система относятся: чаша, стояк, дроссель, шлакоуловитель (коллектор, литниковый ход) и питатель (рис., а). Чаша — приёмник расплава, для удобства заливки, задержания шлака и предотвращения засоса воздуха должна вмещать достаточный объём металла. Стояк — вертикальный (редко наклонный) канал, присоединённый к чаше. Дроссель — узкий канал (или несколько каналов), расположенный обычно в основании стояка, являющийся местным гидравлическим сопротивлением, регулирует скорость заливки и устраняет вакуум (разрежение) в стояке. Шлакоуловитель — канал, обычно вытянутого трапециевидного сечения, расположенный за дросселем, служит для подачи сплава к питателям и задержания неметаллических включений. Для более полного задержания шлака в Литниковая система устраивают местные расширения в шлакоуловителе, применяют центробежные шлакоуловители, фильтровальные сетки (для отливок из чугуна — из огнеупорной стержневой или шамотной смеси, для отливок из цветных сплавов — из тонкой листовой стали, для всех сплавов с температурой заливки до 1350°С — из кремнезёмной ткани). Шлакоуловители не нужны при заливке форм из стопорного ковша (шлак остаётся в ковше) и при плотности неметаллических включений, близкой к плотности сплава (у некоторых цветных сплавов). В этих случаях канал, называемый коллектором, или литниковым ходом, только распределяет сплав. Питатель — присоединённый к шлакоуловителю канал, обычно прямоугольного сечения, через который сплав поступает в рабочую полость формы непосредственно или через прибыль.   Размеры подводящих элементов определяются в основном гидродинамическими факторами (конструкцией Литниковая система, напором, расходом и скоростью расплава).   К питающим элементам Литниковая система относятся боковая прибыль и шейка (рис., а). Боковая прибыль — компактный прилив на боковой поверхности отливки, предназначенный для её питания во время остывания и затвердевания сплава. Шейка — суженная часть прибыли, соединяющая сё с отливкой. Питающие элементы должны затвердевать медленнее отливки. Их размеры определяются в основном тепловыми факторами (теплофизическими свойствами сплава и формы), литейными свойствами сплава, массой, толщиной стенок, конфигурацией отливки и требованиями к ней (механические свойства, герметичность и т. д.).   При получении тонкостенных отливок из эвтектических сплавов (например, серого чугуна) короткого времени остывания питателей обычно оказывается достаточно для питания отливок. В этих случаях спец. питающие элементы не нужны и Литниковая система состоит только из подводящих каналов (рис., б, в, г, д). Если для питания требуется небольшой объём сплава, то система наряду с подводящими элементами имеет подводяще-питающие, например шлакоуловитель может одновременно служить прибылью, а питатель — шейкой (рис., е).   В зависимости от способа и места подвода Литниковая система разделяют на боковые, верхние и дождевые, сифонные, ярусные (этажные) и щелевые. По способу формовки различают горизонтальные Литниковая система с расположением питателя в горизонтальной плоскости разъёма и вертикальные, у которых питатель расположен в вертикальной плоскости разъёма или вне основной плоскости разъёма формы.

Билет№6

Производство меди

Медь добывают из оксидных и сульфидных руд. Из сульфидных руд выплавляют 80% всей добываемой меди. Как правило, медные руды содержат много пустой породы. Поэтому для получения меди используется процесс обогащения. Медь получают методом ее выплавки из сульфидных руд. Процесс состоит из ряда операций: обжига, плавки, конвертирования, огневого и электролитического рафинирования. В процессе обжига большая часть примесных сульфидов превращается в оксиды. Так, главная примесь большинства медных руд пирит FeS₂ превращается в Fe₂O₃. Газы, образующиеся при обжиге, содержат CO₂, который используется для получения серной кислоты. Получающиеся в процессе обжига оксиды железа, цинка и других примесей отделяются в виде шлака при плавке. Жидкий медный штейн (Cu₂S с примесью FeS) поступает в конвертор, где через него продувают воздух. В ходе конвертирования выделяется диоксид серы и получается черновая или сырая медь. Для извлечения ценных (Au, Ag, Te и т.д.) и для удаления вредных примесей черновая медь подвергается сначала огневому, а затем электролитическому рафинированию. В ходе огневого рафинирования жидкая медь насыщается кислородом. При этом примеси железа, цинка и кобальта окисляются, переходят в шлак и удаляются. А медь разливают в формы. Получающиеся отливки служат анодами при электролитическом рафинировании.

Основным компонентом раствора при электролитическом рафинировании служит сульфат меди - наиболее распространенная и дешевая соль меди. Для увеличения низкой электропроводности сульфата меди в электролит добавляют серную кислоту. А для получения компактного осадка меди в раствор вводят небольшое количество добавок. Металлические примеси, содержащиеся в неочищенной ("черновой") меди, можно разделить на две группы.

1) Fe, Zn, Ni, Co. Эти металлы имеют значительно более отрицательные электродные потенциалы, чем медь. Поэтому они анодно растворяются вместе с медью, но не осаждаются на катоде, а накапливаются в электролите в виде сульфатов. Поэтому электролит необходимо периодически заменять.

2) Au, Ag, Pb, Sn. Благородные металлы (Au, Ag) не претерпевают анодного растворения, а в ходе процесса оседают у анода, образуя вместе с другими примесями анодный шлам, который периодически извлекается. Олово же и свинец растворяются вместе с медью, но в электролите образуют малорастворимые соединения, выпадающие в осадок и также удаляемые