Файл: Вяткин И.П. Рафинирование и литье первичного магния.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 24.06.2024
Просмотров: 57
Скачиваний: 0
И.П. В Я Т К И Н
ВА .К Е Ч И Н
С.В .М У Ш КОВ
РАФИНИРОВАНИЕ
иниш
ПЕРВИЧНОГО
МАГНИЯ
И. П. ВЯТКИН, В. А. КЕЧИН, С. В. МУШКОВ
РАФИНИРОВАНИЕ И ЛИТЬЕ
ПЕРВИЧНОГО МАГНИЯ
Москва «Металлургия» 1974_
Контрольный т т т
УДК 669.721.4+621.746
УДК 669.721.4+621.746 |
|
Рафинирование и литье первичного магния. |
В я т к н и И. II., |
К еч нн В. А., М у ш к о в С. В. М., «Металлургия», 1974. 192 с. |
|
В работе отражено современное состояние |
рафинирования н |
литья магния н магниевых сплавов па тнтано-мапшевых предприя тиях. Описаны новые, внедренные в производство процессы очистки, транспортировки и разливки магния н его сплавов п аппаратура для осуществления этих процессов. Большое внимание уделено про
изводству протекторов из магниевых сплавов.
Книга предназначена для инженерно-технических работников машиностроительных н металлургических предприятии, занимаю щихся литьем легких сплавов н применяющих магнии и магниевые сплавы. Может быть полезна работникам научно-исследовательских и проектных институтов, а также студентам вузов. Ил. 59. Табл. 49. Список лит.: 99 назв.
©Издательство «Металлургия», 1974
|
3122—005 |
В |
57—74 |
040(01)—74 |
|
|
|
|
ОГЛАВЛЕНИЕ |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Стр. |
Предисловие |
............................................................................................ |
|
|
|
|
|
|
|
|
■ ■ |
5 |
|
Введение |
.................................................................................. |
|
|
|
|
|
|
|
|
..... |
7 |
|
Г л а в а |
I. Взаимодействие |
магния |
с |
элементами. Состав, |
|
|||||||
|
|
свойства и применение |
магния |
и |
магниевых |
9 |
||||||
|
|
сплавов ........................................................................ |
|
элементов |
по |
характеру |
их |
|||||
|
1. Классификация |
9 |
||||||||||
|
|
взаимодействия |
с магнием.................................... |
|
|
|
||||||
|
2. Источники |
загрязнения |
электролитического |
10 |
||||||||
|
3. |
магипя-сырца примесями......................................... |
|
|
|
|
||||||
|
Состав электролитического магния-сырца . . |
15 |
||||||||||
|
4. |
Легирующие |
компоненты |
и |
промышленные |
15 |
||||||
|
5. |
магниевые |
сплавы ................................... |
|
|
|
высокого |
ка- |
||||
|
Чушковые материалы — основа |
|
||||||||||
|
. |
чества |
магниевых сплавов.......................... |
|
|
22 |
|
|||||
|
6. |
Производство и применение магния и магние |
|
|||||||||
|
|
вых |
сплавов................................................... |
|
|
|
|
|
|
24 |
|
|
Г л а в а |
II. Непрерывное рафинирование электролитического |
27 |
||||||||||
|
|
магния-сырца......................................... |
|
непрерывного рафиниро |
||||||||
|
1. Назначение |
аппарата |
27 |
|||||||||
|
2. |
вания |
............................................................................. |
для , переработки |
магния-сырца |
|||||||
|
Аппараты |
28 |
||||||||||
|
3. |
Печь с погружными нагревателями . . . . . . |
33 |
|||||||||
|
4. |
Печь непрерывного действия с солевым обо |
36 |
|||||||||
|
|
гревом |
....................................................................... |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Г л а в а |
III. Применение |
аппаратов |
с |
солев.ым |
обогревом |
46 |
||||||
|
|
в титано-магниевом |
производстве . |
................... |
|
1.Разделительный миксер поточной линии элек
—• |
|
тролитического |
производства магния . |
. . . |
48 |
||
2. Миксер |
для подготовки |
магния-восстановите |
50 |
||||
|
3. |
ля при |
производстве титановой губки. |
. . . |
|||
|
Печь с солевым обогревом для приготовления |
54 |
|||||
|
4. |
сплавов |
.............................................. |
|
. . |
. . . |
|
|
Емкость соляных печей |
н миксеров . |
. . . |
56 |
|||
Г л а в а |
IV. |
Получение первичного магния высокой чистоты |
58 |
||||
|
1. |
Взаимодействие |
марганца, циркония и |
титана |
59 |
||
|
|
с металлическими примесями в магнии |
. . . |
||||
|
2. Рафинирование |
магния |
цирконием........... |
63 |
|
||
|
3. Рафинирование |
магния |
титаном................ |
67 |
|
4.Структура первичного магния высокой чис
тоты ............................................................................ |
71 |
5. Непрерывный процесс получения магния высо |
|
кой чистоты .................................................... |
76 |
|
6. Изменение содержания железа в магнии высо |
79 |
|||
|
кой чистоты при его отстаивании и переплавке |
||||
Г л а в а |
V. Технология |
получения |
первичных магниевых |
82 |
|
|
сплавов |
высокой чистоты .................................... |
|||
|
1. Применение |
марганца |
для получения сплавов |
82 |
|
|
высокой |
чистоты ................................................... |
|
3
|
|
|
|
|
|
|
Стр. |
|
2. |
Применение |
титана |
для |
получения |
сплавов |
|
|
3. |
высокой |
чистоты...................................................... |
|
|
88 |
|
|
Получение |
сплавов |
высокой чистоты сис |
||||
|
|
темы |
магний—цинк—цирконий ......................... |
93 |
|||
Г л а в а |
VI. Водород |
в первичных |
магниии сплавах . . . 98 |
||||
|
1. Содержание водорода в магнии-сырце и пер |
||||||
|
|
вичных магниевых сплавах при их производ |
|||||
|
|
стве |
|
|
|
100 |
|
|
2. Влияние |
влажности флюса на изменение со |
|||||
|
|
держания ............................... |
водорода |
в магнии |
104 |
||
|
3. О |
связи |
между качеством магния и степенью |
||||
|
|
его |
дегазации .....................при рафинировании |
107 |
|||
|
4. Дегазация магния при различных способах ра |
||||||
|
|
финирования ............................................................. |
|
|
|
109 |
|
Г л а в а |
VII. Транспортировка жидкого |
магния и |
магние |
||||
|
1. |
вых ............................................................. |
сп л авов |
транспортировки |
112 |
||
|
Развитие |
способов |
жидких |
||||
|
|
металлов....................................................................... |
|
|
|
112 |
2.Опыт эксплуатации транспортирующих уст
ройств ....................................................................... |
115 |
3.Испытания и эксплуатация кондукцнониых
|
|
электромагнитных |
насосов.................................... |
|
|
119 |
|||||||
Г л а в а |
VIII. |
Конвейерная |
разливка |
первичных |
магния и |
123 |
|||||||
|
1. |
с п л а в о в ....................................................................... |
|
разливка |
магния |
|
|
||||||
|
Конвейерная |
магниевых |
123 |
||||||||||
|
2. |
Особенности |
конвейерной |
разливки |
140 |
||||||||
|
|
с п л а в о в ....................................................................... |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Г л а в а |
IX. Новое в технологии |
производства |
магниевых |
142 |
|||||||||
|
|
с п л а в о в ....................................................................... |
|
протекторов |
|
|
|||||||
|
1. Производство |
|
|
142 |
|||||||||
|
2. |
Получение |
магниево-титановой лигатуры . . |
148 |
|||||||||
|
3. |
Технология приготовления и литья магниево- |
150 |
||||||||||
|
4. |
литиевых |
|
сплавов ................................................... |
|
магниевортутных спла |
|||||||
|
Приготовление |
и |
литье |
157 |
|||||||||
|
|
вов ................................................................................... |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Г л а в а |
X. Техника |
безопасности.............................................. |
магния |
|
|
176 |
|||||||
|
1. Специфические |
свойства |
веществ, |
176 |
|||||||||
|
2. |
Характеристика |
основных |
вредных |
|
||||||||
|
|
используемых |
|
при |
рафинировании |
и |
литье |
177 |
|||||
|
3. |
магния |
и |
сплавов................................................... |
безопасности |
в |
новых |
||||||
|
Особенности |
техники |
181 |
||||||||||
|
; |
технологических |
процессах .................................... |
|
|
||||||||
Заключение |
................................................................................. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
..... . |
184 |
|
Список литературы................................................................................. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
187 |
ПРЕДИСЛОВИЕ
Магний и магниевые сплавы находят большое приме нение в различных отраслях промышленности. Директи вами XXIV съезда КПСС предусматривается расшире ние производства легких металлов, в том числе и маг ния.
В нашей стране последние годы характеризуются ак тивным развитием металлургии магния — расширяется ее сырьевая база, разработаны и внедряются новые ап-, паратурно-технологические схемы производства электро литического магния, углубляются исследования техно логических процессов его получения и переработки.
Быстро развивается и совершенствуется передел ра финирования и литья первичного магния и магниевых сплавов на магниевых и титано-магниевых предприяти ях. Применение магния в качестве восстановителя че тыреххлористого титана при производстве губчатого ти тана и выпуск новых видов продукции из магниевых сплавов существенно повысили требования к литейному переделу предприятий титано-магниевой промышлен ности.
Влияние литейного передела на показатели работы предприятий особенно усилилось после перехода про мышленности на новые условия планирования и эконо мического стимулирования. Реформа привела в действие Лроизводственные и исследовательские мощности пред приятий; подразделения, занимающиеся литейным про изводством, были усовершенствованы. Это позволило в короткий срок внедрить новые высокопроизводитель ные аппараты для рафинирования магния, разработать и освоить новые магниевые сплавы и наладить выпуск изделий либо слитков из этих сплавов.
Выполненные на титано-магниевых предприятиях ис следовательские работы по рафинированию и литью магния и магниевых сплавов требуют их обобщения, оценки правильности выбранных направлений и опреде ления целей и задач новых работ.
Предлагаемая читателю книга содержит материалы исследований по глубокой очистке магния и сплавов от примесей, по рафинированию магния от примесей в ап паратах с солевым обогревом и по приготовлению и раз ливке сплавов новых составов. Все материалы — в ос новном результат собственных исследований авторов,
а при внедрении того пли иного процесса они были его инициаторами и руководителями.
Экспериментальная часть работы выполнена при участии ннженеров-исследователей А. Д. Столбовой, О. И. Брандман, Н. И. Макаровой и рабочих — новато ров А. К. Неклюдова, В. Н. Костина, Г. Г. Фея и др.
Авторы считают своим долгом выразить признатель ность докт. техн. наук проф. В. И. Добаткину и канд. техн. наук М. В. Чухрову за методическую помощь в по становке экспериментов и ценные рекомендации по ряду вопросов, связанных с исследованиями и разработкой технологии приготовления новых и высокочистых маг ниевых сплавов.
Авторы выражают глубокую благодарность канд. техн. наук Б. И. Бондареву за рецензирование рукописи книги.
Для пересчета прежних и внесистемных единиц в единицы новой Международной системы единиц СИ следует использовать соотношения:
1 |
ккал = 4,19 кДж; |
1 |
ккал/(кг-град) =4,19 кДж/(кг-град); |
1 |
эрг= ІО-7 Дж; |
1 |
кгс/мм2= 9 Д МН/м2; |
1 |
П = 0,1 Н-с/м2; |
1 |
атм = 101,1328 кН/м2; |
1 мм рт. ст.= 133,3 Н/м2;
1 мм вод.г£т. = 9,80665 Н/м2.
t
ВВЕДЕНИЕ
Электролитический магиий-сырец является одним из продуктов, получающихся при электролизе хлористого магния. В отечественной промышленности при производ стве магния используют в качестве исходного сырья два продукта: безводный карналлит и возвратный хлори стый магний титанового производства. Следует отме тить, что магний-сырец, получаемый по карналлитовой схеме питания, по качеству мало отличается от магниясырца, производимого по хлормагниевой схеме питания.
Магиий-сырец, как и магниевые сплавы, содержит не металлические и металлические примеси. Классические методы очистки магниевых сплавов от неметаллических примесей заключаются в обработке их флюсами, содер жащими хлористые и фтористые соли щелочных и ще лочноземельных элементов [1]. Однако благодаря вы сокой чистоте электролитического магния-сырца в конце пятидесятых годов отпала необходимость в обработке его флюсами, стали применять лишь операцию отстаива ния [2]. В связи с этим возник вопрос об увеличении емкости печей, применяемых для переработки магниясырца на рафинированный магний, и о переходе к не прерывному процессу рафинирования. В шестидесятых годах, были предложены две конструкции печей непре рывного рафинирования: печь с солевым обогревом с ко локолом и печь с погружными нагревателями. Обе печи благодаря активной работе заводов совместно с Всесо юзным алюминиево-магниевым институтом ВАМИ в на стоящее время внедрены на предприятиях титано-магни евой промышленности.
В магнии и магниевых сплавах наиболее вредной ме таллической примесью является железо. При обычных способах отстаивания из магния можно удалить лишь избыточное содержание железа, превышающее величину
его растворимости в магнии при данной |
температуре. |
В 1966—1967 гг. в результате независимо выполнен |
|
ных работ йа одном из титано-магниевых |
комбинатов, |
в Институте титана и в ВАМИ в промышленность был внедрен новый способ очистки магния от железа с по мощью присадок титана.
Этот способ пригоден и для очистки от железа магни евых сплавов систем Mg—Al—Zn—Mn и Mg—Mn. Вы пуск чушковых сплавов высокой чистоты, производимых
7
на уровне мировых стандартов, позволил существенно повысить качество литейных и деформируемых магние вых сплавов л освоить на одном из титано-магниевых комбинатов производство протекторных сплавов и про текторов из них для защиты от электрохимической кор розии корпусов морских судов и нефтегазопроводов.
Начавшийся |
в |
алюминиевой промышленности про |
|||
цесс перехода |
к |
выпуску |
непереплавляемых |
изделий, |
|
т. е. изделий, отливаемых |
непосредственно |
из |
жидкого |
||
металла, по-видпмому, будет применен и |
в магниевой |
промышленности. Этому способствует высокая чистота электролитического магния-сырца по металлическим примесям и большой опыт, накопленный магниевой про мышленностью по глубокой очистке магния от железа. Переход к выпуску непереплавляемых изделий на маг ниевых заводах позволит исключить огромные расходы на переплавку чушек, потери металла, трудовые и транспортные расходы.
Однако для решения такого проблемного вопроса не обходимо четко знать фактическое содержание водорода и кислорода в магнии-сырце н их изменение в процессе производства первичных магния и магниевых сплавов, поскольку наличие газовых п окисных включений явля ется одним из основных видов брака изделий из магни евых сплавов.
Последние годы характеризуются расширением спро са на новые магниевые сплавы. Введение таких легирую щих компонентов, как например, лития, скандия, ртути, иттрия и других, придает магниевым сплавам новые за мечательные свойства. Однако разработка и освоение технологии получения таких сплавов, как правило, очень трудоемки.
Г л ава I
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МАГНИЯ С ЭЛЕМЕНТАМИ. СОСТАВ, СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ МАГНИЯ
ИМАГНИЕВЫХ СПЛАВОВ
1.КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ПО ХАРАКТЕРУ ИХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ С МАГНИЕМ
Магний и магниевые сплавы отличаются от других металлов и их сплавов повышенной химической актив ностью ко многим элементам, входящим в состав перио дической системы Д. И. Менделеева.
Все элементы по влиянию на качество и различные свойства магния можно условно разделить на четыре группы:
1. Примеси: водород, азот, кислород, хлор-ион, на
трий, калий, кальций, ' железо, |
никель, |
медь, |
||
свинец, |
алюминий, |
кремний, |
марганец, |
цинк, |
титан. |
|
|
|
|
Следует отметить, что фактически любой элемент, входящий в состав магния, является нежелательной при месью.
В данную группу включены элементы, оказыва ющие наиболее вредное влияние на технологические, коррозионные либо механические свойства магния, ~а также отрицательно действующие на процесс электро литического получения магния.
2. Добавки: бериллий, бор, углерод, кальций, титан, ванадий, вольфрам, хром, молибден.
Эти элементы в количестве от тысячных до десятых долей процента вводят в магний и магниевые сплавы
сцелью улучшения их свойств.
3.Легирующие компоненты: литий, алюминий, крем ний, скандий, марганец, цинк, иттрий, цирконий, сереб ро, кадмий,- индий, олово, лантан, ртуть, таллий, церий, неодим, торий.
Эти элементы также изменяют свойства магния, но в отличие от элементов второй группы их содер жание в магнии составляет проценты и десятки про центов.
Как можно заметить, некоторые элементы входят од новременно в первую и вторую, первую и третью группы, что определяется конкретными условиями применения
9