Технологическийпроцесс производства алюминия

ФГОУ  ВПО «НГАВТ»

Новосибирское командное училище имени С. И. Дежнева

Контрольная работа по дисциплине «Материаловедение»

Выполнил: ст. гр. ЭМ-31

Юрьев Антон  Анатольевич

ЭМ-09079

Проверил:

Новосибирск

2010

1.  
Краткое описание технологического процесса производства алюминия

Производство  алюминия слагается из двух основных процессов: получение глинозема  из руды и электролиза глинозема.

Глинозем получают тремя способами: щелочным, кислотным  и электротермическим.

Наиболее распространенный получил щелочной способ, применяемый  для переработки высокосортных  бокситов с небольшим количеством  кремнезема. По этому способу боксит после дробления и размола  выщелачивают концентрированным раствором  едкого натра в автоклавах при  температуре 250 ^оС и давлении 2500-3000 кПа.

Автоклавы обогревают перегретым паром.

Гидроксид алюминия из бокситов при таких условиях быстро и достаточно полно растворяется с образованием алюмината натрия:

Al(OH)₃+NaOH>NaAlO₂+2H₂O

Кремнезем, содержащийся в боксите, также растворяется едким  натром с образованием силиката натрия Na₂SiO₃, который регулирует с алюминатом натрия и водой, в результате чего получается натриевый алюмосиликат Na₂O•Al₂O₃•2SiO₂nH₂O, выпадающий в осадок. Поэтому чем больше кремнезема в боксите, тем меньше извлечение глинозема в раствор.

Разложение алюминатного раствора для получения кристаллического гидроксида алюминия называют выкручиванием. Выкручивание производится в баках, куда для ускорения процесса вводят небольшое количество гидроксида, играющего  роль затравки (центров кристаллизации). Реакция гидролиза идет в разбавленных водой растворах при медленном  перемешивании пульпы:

 

NaAlO₂+2H₂O>Al(OH)₃+NaOH

Длительность  выкручивания 75-90 ч.

Кристаллический гидроксид после промывки фильтруют  и для полного обезвоживания  обжигают (кальцинируют) в трубчатых  вращающихся печах длиной до 70 м  при постепенном нагревании до 1200 ^оС. Полученный глинозем Al₂O₃ охлаждают и направляют на склад или непосредственно в электролизный цех. На 1 т глинозема расходуется около 2,5 т боксита, до 200 кг едкого натрия и до 120 кг извести, применяемой при регенерации едкого натра.

Далее алюминат натрия выщелачивают водой. Полученный алюминатный раствор отфильтровывают, затем подогревают до 80 ^оС и в баках с мешалками продувают печными газами. При этом оксид углерода (IV) из газов реагирует с едким натром с образованием раствора соды, что способствует реакции гидролиза алюмината натрия и получению гидроксида алюминия по реакции. Этот процесс называется карбонацией.

Раствор соды идет на выщелачивание или выпаривание  для получения соды, а из гидроксида получают глинозем способом кальцинации.

Электролиз глинозема. Получение алюминия осуществляются при электролизе глинозема, растворенного  в криолите Na₃AlF₆. Электронная ванна имеет стальной кожух выложенный изнутри шамотным кирпичом. Подина и стены ванны составлены из углеродистых блоков, к этим блокам подведены катодные шины. Углеродные аноды в современных ваннах самообжигающиеся. По мере сгорания они опускаются и наращиваются сверху за счет жидкой анодной массы, из которой по мере нагрева происходит удаление летучих и коксование (обжиг) анодной массы. Ток к анодам подводится штырями. Убыль глинозема от электролита периодически пополняется загрузкой новых порций его. В ходе расплава температура расплава поддерживается в пределах 930-950 ^оС теплом, выделяющимися при прохождении тока через электролит.

Электролитический алюминий подвергают последующему рафинированию  путем дополнительного электролитического процесса, при котором анодом является исходный жидкий алюминий, а катодом - рафинированный алюминий, тоже жидкий. К исходному жидкому алюминию добавляют 25% Cu, чтобы увеличить плотность  сплава до 3,5 г/см³.

2. Опишите спеченные  твердые сплавы, их получение,  маркировку по ГОСТу применение

Различают спечённые  и литые твёрдые сплавы. Главной  особенностью спеченных твердых  сплавов является то, что изделия  из них получают методами порошковой металлургии и они поддаются  только обработке шлифованием или  физико-химическим методам обработки (лазер, ультразвук, травление в кислотах и др), а литые твердые сплавы предназначены для наплавки на оснащаемый инструмент и проходят не только механическую, но часто и термическую обработку (закалка, отжиг, старение и др). Порошковые твердые сплавы закрепляются на оснащаемом инструменте методами пайки или  механическим закреплением. Так же твердые сплавы различают по металлам карбидов, в них присутствующих: вольфрамовые - ВК2, ВК3,ВК3 М, ВК4 В, ВК6 М, ВК6, ВК6 В, ВК8, ВК8 В, ВК10, ВК15, ВК20, ВК25 ; титано- вольфрамовые - Т30 К4, Т15 К6, Т14 К8, Т5 К10, Т5 К12 В; титано- тантало- вольфрамовые - ТТ7 К12, ТТ10 К8 Б.Безвольфрамовые ТНМ20, ТНМ25, ТНМ30. Пластинки из твердого сплава имеют HRA 86-92 обладают высокой износостойкостью и красностойкостью ( 800-1000 °С), что  позволяет вести обработку со скоростями резания до 800 м/мин. Композиционные материалы, состоящие из металлоподобного соединения, цементированного металлом или сплавом. Их основой чаще всего являются карбиды вольфрама или титана, сложные карбиды вольфрама и титана (часто также и тантала ), карбонитрид титана, реже - другие карбиды, бориды и т. п. В качестве матрицы для удержания зерен твердого материала в изделии применяют так называемую «связку» - металл или сплав. Обычно в качестве «связки» используют кобальт (кобальт является нейтральным элементом по отношению к углероду, он не образует карбиды и не разрушает карбиды других элементов), реже - никель, его сплав с молибденом (никель- молибденовая связка). Получение порошков карбидов и кобальта методом восстановления из оксидов. Измельчение порошков карбидов и кобальта (производится на шаровых мельницах в течение 2-3 суток) до 1-2 микрон. Просеивание и повторное измельчение при необходимости. Приготовление смеси (порошки смешивают в количествах, соответствующих химическому составу изготавливаемого сплава). Холодное прессование (в смесь добавляют органический клей для временного сохранения формы). Спекание под нагрузкой (горячее прессование) при 1400 °C (при 800-850 °С клей сгорает без остатка). При 1400 °C кобальт плавится и смачивает порошки карбидов, при последующем охлаждении кобальт кристаллизуется, соединяя между собой частицы карбидов. В России и бывшем СССР для обработки металлов резанием применяются следующие спеченные твердые сплавы: Российские спечённые твёрдые сплавы, применяемые в современной мировой промышленности: Марка сплава WC % TiC % TaC % Co % Прочность на изгиб (у), МПа Твёрдость, HRA Плотность (с), г/см3 Теплопроводность (л), Вт/(м·°С).

3. Сварка и  резка металлов. Сущность сварки  плавлением и сварки давлением

Сваркой называют технологический процесс получения  неразъемных соединений деталей; ее применяют для изготовления сварных  конструкций, исправления брака  листья и восстановления деталей.

Свариваемостью  называются технологические свойство материалов давать при установленной  технологии сварки соединение, отвечающее требованиям, обусловленным конструкцией и эксплуатацией изделия. Свариваются  однородные металлы между собой, разнородные металлы (например, сталь  с медью, медь с алюминием) и сплавы, металлы с неметаллами (керамикой, стеклом, керметами и др.), пластмассы.

Развитие сварки, особенно в последние годы, привело  к появлению новых видов ее и расширило возможности и  области применения.

Сварка может  осуществляться: а) без помощи давления, путем расплавления металла свариваемых  частей и слияния его; после затвердевания  образуется шов (сварка плавлением); б) с применением давления, способствующего  плотному контакту и взаимной диффузии металла в месте соприкосновения  свариваемых частей (сварка давлением).

В соответствии с видом используемой энергии  сварка подразделятся на электрическую (дуговую, плазменную, электрошлаковую), химическую (газовую, термитную), механическую (сварка трением, холодная сварка), ультразвуковую, сварку электрическим лучом, лазерную сварку.

Для некоторых  способов используется два вида энергии, например электрическую и механическую (электроконтактная сварка), химическую и механическую (газопрессовая сварка, кузнечная сварка) и др.

Сварка плавлением имеет наибольшее применение вследствие ее универсальности.

Для изготовления сварных конструкций применяют  следующие основные типы соединений: стыковые, внахлестку, заклепочные, угловые  и тавровые. Стыковые соединения с  отбортовкой применяют при толщине  листа до 3 мм, листы толщиной 3-8 мм сваривают без разделки кромок, при  толщине листов до 15 мм применяют V-образную разделку кромок, толщине более 15 мм - Х-образную разделку, при толщине 20 мм - чашеобразную простую или двухстороннюю. При соединении внахлестку величина перекрытия кромок равна 3-5-кратной  толщине свариваемых деталей. Электрозаклепками  обеспечивают получение прочных (но не плотных) соединений; для сварки верхний лист просверливается (или  пробивается) и при заварки отверстия  приваривается и нижний лист. Тонкие (до 3 мм) листы проплавливают дугой  по целому, без отверстий. Угловые  соединения чаще всего получают без  специальной разделки кромок. Тавровые соединения для конструкций с  небольшими нагрузками выполняют без  скоса кромок; при больших нагрузках  для элементов толщиной 10-20 мм применяют  односторонний скос, при толщине  более 20 мм - двухсторонний скос.

При сварки давлением (в пластическом состоянии) металл течет  вдоль поверхности раздела свариваемых  частей, при этом атомы этих частей сближаются на расстояние порядка атомного радиуса, чем обеспечивается взаимная связь электронных атомов.

При сварки в  пластическом состоянии химический состав свариваемых частей остается неизменным и свойства практически  остаются постоянными, что являются преимуществом этого вида сварки.

Сварка давлением  осуществляется чаще всего с нагревом для обеспечения большей пластичности, а также и без подогрева  в зоне шва, но при весьма высоких  удельных давлениях (холодная сварка).

Огненная резка  применяется для разделения деталей  на части, прожигая отверстия, поверхностной  обработки («строгания»).

Пайка металлов известна с давних времен. Для пайки  не требуется расплавления основного  металла; химический состав соединяемых  металлических частей остается неизменными, а структура изменяется незначительно. Пайка имеет широкое распространение  и в некоторых случаях успешно  дополняет сварку.

4. Сущность сварки  плавлением и сварки давлением

Сварка - технологический  процесс получения неразъемного соединения деталей, осуществляемый за счет использования межатомных сил  сцепления. Для соединения двух или  более частей металла в одно целое  необходимо осуществить тесное сближение  их атомов на расстояние порядка 4 * Ю8 см, чтобы между ними начали действовать  силы взаимного притяжения. При сварке это достигается либо расплавлением  кромок свариваемых деталей, либо путем  соединения давлением нагретого  до пластического (размягченного) состояния  металла. Следовательно, все существующие методы сварки сущность процесса сварки Значение сварим и области ее применения. В настоящее время сварка является основным технологическим процессом  получения неразъемных соединений в технике. Современные методы сварки позволяют надежно соединять  металлические части любых толщин и конфигураций, начиная от мельчайших деталей приборов и кончая узлами мощных машин. Сварка широко применяется  при изготовлении автомобилей, судов, вагонов, тепловозов и электровозов, самолетов, тракторов, сельскохозяйственных машин, подъемно-транспортных устройств, турбин, турбогенераторов, котлов, резервуаров, химической аппаратуры. Современные методы сварки классифицируют; а) по состоянию металла в зоне сварки - на сварку плавлением и сварку давлением; б) по виду энергии, используемой для местного нагрева металла, - на электрическую, химическую, электрохимическую, механическую, электромеханическую и химикомеханическую.

5. Опишите миканит,  его виды, свойства, область применения

Миканит - это  электроизоляционный (гибкий и жесткий) материал, состоящий из щипаной слюды  с применением связующего.

Технические характеристики и область применения:

ТПФ Миканит  термоупорный прокладочный ТУ 21 - 25 - 30 - 79, в качестве термоизоляции или  электроизоляционных прокладок  и каркасов нагревательных элементов. Размер листа: 560х310 мм. Толщина 0,5-20,0 мм. Нагревостойкость: до 500 С. Электропрочность: не менее 5 кВ/мм

ГФС Миканит  гибкий ГОСТ 6120 - 75, в качестве гибкой термоизоляции и электроизоляции  в нагревательных устройствах (тены и др.) Размер листа: 1000х500 мм. Толщина 0,15-0,25; 0,3- 0,5 мм. Нагревостойкость: до 130 С. Электропрочность: не менее 24 кВ/мм

ФМП (ФМПА) Миканит  гибкий ГОСТ 6122-75.

Для применения в качестве изоляционного материала, коллекторных манжет. Размер листа 700х900, толщиной 0,3. Нагревостойкость до 155 С. С Электропрочность не менее 35 кВ/мм.

 

Используемая  литература:

1. В.М. Никифоров.  Технология металлов и конструкционные  материалы, 1986 г.

2. Богородицкий  Н.П. и др. Электротехнические  материалы. 1985 г.

3. Корицкий Ю.В.  Электротехнические материалы. 1976 г.

4. Никулин Н.В.  Электроматериаловедение. 1989 г.