32. Опишите схему технологии получения рафинированного алюминия.

Рафинирование алюминия осуществляется для производства более высоких марок алюминия.

Процесс рафинирования производится в расплавленной среде, анодом является сплав загрязнённого алюминия с тяжёлым металлом, а катод представлен чистым рафинированным металлом.

Между анодом и катодом располагают электролит, который состоит из фтористых и хлористых солей. При проведении рафинирования следует обратить внимание на то, что плотность электролиты при температуре процесса, должна быть больше, нежели плотность чистого алюминия, но в тоже время меньше, нежели плотность анода.

В качестве утяжелителя анодного сплава, как правило, используют медь (25%).

Процесс рафинирования алюминия производится не только электролитическим способом, но и другими.

Так на некоторых предприятия (как правило, вторичного алюминия) используют магниевый метод рафинирования, а так же метод дистилляции через субфторид алюминия.

Для получения особо чистого алюминия достаточно часто используют метод зонной перекристаллизации, который основан на не одинаковом распределении примесей алюминия между твёрдой фазой и жидкой при частичном расплавлении. При рафинировании алюминия в жидкую фазу уходит целый ряд примесей.

По сути, процесс зонной перекристаллизации представляет собой следующий процесс. Особо чистый слиток алюминия помещают в графитовую лодочку, после чего в кварцевую трубку, в которой образуют вакуум.

Снаружи вдоль трубки продвигают нагреватель, который создаёт узкую расплавленную зону слитка.

Как правило, зонную переплавку проводят до 15 раз подряд, примеси второй и первой группы смещаются к краям трубки, а в центре образуется наиболее чистый алюминий. Таким способом можно получить алюминий до 99,9999%.

81. Опишите устройство печей, в которых получают литейные сплавы необходимого состава и качестве для производства отливок различными способами из серого, ковкого, высокопрочного чугунов, стали, алюминиевых и медных сплавов. Ответ поясните схемами.

Ванные печи

Ванные печи по форме рабочего пространства представляют собой горизонтальную емкость с прямоугольным или круглым основанием, выполненную из огнеупорной и теплоизолирующей оболочки (футеровки).

• зависимости от технологического назначения и габаритных размеров ванные печи подразделяются на стационарные и поворотные (см.рис. 2.7).

а) б)

Рис. 2.7. Схемы ванных плавильных печей:

• – стационарных (пламенных или электросопротивления);

  • – поворотных (электрических или пламенных).

Ванные печи используют в основном для плавки стали, алюминиевых и медных сплавов. Они могут быть как топливные, так и электрические.

Иногда ванные печи используются для нагрева отливок в жидких соляных средах (соляные ванны).

Тигельные печи

• тигельных печах рабочее пространство выполнено в форме вертикального полого цилиндрического или конического огнеупорного изделия с дном. Иногда данное изделие имеет форму параллелепипеда. В печном хозяйстве данные изделия называются тиглем.

Именно в тигле данных печей происходит технологический процесс плавки, доводки и выдержки литейных сплавов. По конструктивному исполнению тигельные печи могут быть стационарные или поворотные, с постоянным или выемным тиглями (см.рис. 2.8).

• зависимости от способа генерации теплоты тигельные печи могут быть индукционные, электросопротивления или топливные.

а) б) в)

Рис. 2.8. Схемы тигельных печей: а – стационарных с постоянным тиглем;

• – поворотных с постоянным тиглем; в – стационарных с выемным тиглем

Для изготовления тиглей применяются жаропрочные чугуны и стали, а также жаростойкие огнеупорные изделия (графитовые, графитошамотные, алундовые и т.п.).

• индукционных тигельных печах постояные тигли изготавливаются непосредственно на печи набивкой специальных огнеупорных масс на основе огнеупорных песков (маршалита, хромомагнезита и т.д.). Набивка на печи осуществляется с помощью шаблона. Затем тигель в печи просушивается и спекается без изъятия шаблона.

Шахтные и шахтно-ванные печи

Шахтные печи имеют рабочее пространство в форме вертикальной цилиндрической или конической шахты, выполненной из огнеупорной и теплоизоляционной оболочки (футеровки с металлическим кожухом). Оболочку печи могут выполнять: из огнеупорных изделий (кирпичей); из огнеупорных набивных масс; из огнеупорных панелей и т.п.

Рис. 2.9. Схема шахтной чугуноплавильной печи - вагранки

Классическим примером шахтной печи является вагранка (рис. 2.9). Она служит в качестве плавильного агрегата для плавки чугуна. В этих печах используется слоевой режим тепловой работы. Они непрерывного действия и работают по принципу противотока, т .е. движение шихтовых материалов и печных газов в рабочем пространстве противоточное.

При длительной плавильной компании огнеупорная оболочка рабочего пространства вагранки выполняется из “гарнисажа ”. В данном случае металлический кожух шахты вагранки принудительно охлаждается потоком воды.

Шахтно-ванные печи совмещают ванну и шахту. В шахте в основном происходит подогрев шихты и ее плавление, а в ванне печи проводят перегрев расплава.

а) б)

Рис. 2.10. Схемы шахтно- ванных печей: а – чугуноплавильной с водоохлаждаемыми колосниками; б – для плавки алюминиевых сплавов с разделением ванны на зоны плавки и доводки

Для поддержания столба шихты в шахте печи, в нижней ее части выполняются:

• либо подина с уклоном в сторону ванны;

• либо водоохлаждаемые колосники.

Ванну печей данной конструкции иногда разделяют на отдельные зоны: плавки и перегрева расплава.

Шахтно-ванные печи с выполнением водоохлаждаемых колосников в нижней части шахты используют для плавки чугуна (см.рис. 2.10а). Шахтно-ванные печи с разделением ванны на зоны плавки и перегрева в основном используют для плавки алюминиевых сплавов (см.рис. 2.10б).

Дуговые печи

Дуговые печи используют в качестве плавильных. Тепловая энергия в этих печах генерируется в газообразном проводнике при приложении к нему разности электрических потенциалов. При воздействии разности по-тенциалов возникает интенсивная термоэлектронная эмиссия. Электроны ускоряются и производят ударную ионизацию молекул газа. Газ частично ионизируется, его электросопротивление резко падает. Все это приводит к «загаранию» дуги в данной зоне.

При атмосферном давлении температура кратера дуги достигает значений 3000-4000 К, а температура в канале электрической дуги – 5000-6000К.