Файл: Вяткин И.П. Рафинирование и литье первичного магния.pdf

ве анодов водоактивируемых источников тока, приво­ дит к необходимости введения в магний ртути и тал­ лия [14].

Несмотря на многолетние исследования в области магниевых сплавов, и в отечественной, и в зарубежной промышленной практике освоено сравнительно неболь­ шое количество сплавов. В настоящее время в промыш­ ленность внедрены три системы сплавов: магний — алю­

несколько марок сплавов.

Как известно, магниевые сплавы находят применение

ив литом, и в деформированном состояниях. В табл. 6

и7 приведены химические составы магниевых литейных

идеформируемых сплавов [1]. Из данных этих таблиц следует, что указанные три системы занимают преобла­ дающее место среди всех магниевых сплавов. В отдель­ ных случаях сплавы этих систем дополнительно легиру­ ют другими компонентами.

ккачеству магниевых сплавов и лигатур.

Втабл. 8 и 9 приведен химический состав первичного магния и магниевых сплавов в чушках, выпускаемых магниевой промышленностью.

очень низкое. Поэтому задачей потребителя является со­ хранение высокого качества чушковых металлов и спла­ вов при их переплавке и разливке.. При этом, как прави­ ло, значительно выгоднее использовать в качестве осно­ вы сплавов не чушковый магний, а чушковые магниевые сплавы, химический состав которых соответствует хими­ ческому составу литейных либо деформируемых спла­ вов'.

22

23

Кроме металлических примесей и хлор-иона, указан­ ных в табл. 8 и 9, в магниевой продукции необходимо контролировать содержание окисных плен и других не­ металлических включений: в трех изломах испытанных чушек от партии содержание окисных включений не должно превышать 4 мм2.

В заключение следует отметить, что чушковые маг­ ний и магниевые сплавы высокого качества служат ос­ новой выпуска высококачественных литейных и дефор­ мируемых магниевых сплавов.

6.ПРОИЗВОДСТВО И ПРИМЕНЕНИЕ МАГНИЯ

ИМАГНИЕВЫХ СПЛАВОВ

Производство магния — сравнительно молодая от­ расль промышленности. В работе [16] указано, что в на­ чале текущего столетия производство магния составля­ ло лишь несколько десятков тонн порошкового магния, который применяли как пиротехнический материал, а также в качестве легирующего компонента алюминие­ вых сплавов.

Резко увеличилось производство магния в годы вто­ рой мировой войны в связи с применением его в воен­ ной промышленности. К этому времени было разработа­ но несколько сплавов на основе магния, применявшихся в качестве конструкционного материала. Наибольшую известность получили сплавы под условным названием «электрон» системы магний-— алюминий — цинк — мар­ ганец. Сплавы этого типа и в настоящее время занима­ ют основную долю в производстве всех магниевых сплавов [17, 18].

В табл. 10 приведены данные по производству пер­ вичного магния некапиталистических странах Америки, Европы и Азии в 1960—1968 гг. [19] и 1969—1970 гг. [20].

Общее производство вторичного магния в капитали­ стических странах в 1967 г. равнялось 25,1 тыс. т, в том числе в тыс. т: в США — 12,0; в Великобритании— 3,7; в Японии — 7,2; в ФРГ — 2,2 [19].

Основным сырьем при производстве магния служат магнезит, доломит, карналлит и хлористый магний в ес­ тественных рассолах (3—10%) и в морской воде (0,13% MgCl2). Магний получают электролитическим (около 70%) и термическим (около 30% общего произ­ водства) способами.

24

Т а б л и ц а 10

Производство первичного магния в капиталистических странах, тыс. т

Расширить производство первичного магния в США предполагали, по-видимому, за счет снижения его цены путем использования более дешевого сырья. Так, в 1967 г. в работе [21] сообщалось о том, что в воде Большого Соленого озера (штат Юта, США) по подсчетам рас­ творено 122,5 млн. т магния. В работе 1968 г. [22] ука­ зывалось, что строительство магниевых заводов в райо­ не Большого Соленого озера близко к осуществлению. По этим же данным фирма National Lead предполагала построить здесь три завода общей мощностью 40,8 тыс. т магния, а фирмы Dow Chemical и Kaiser Chemical — два завода.

Кроме этого, в мае 1969 г. фирма American Magnesi­ um Со намеревалась пустить завод мощностью 27,2 тыс. т. При этом в качестве сырья предполагали использовать воду из озера, расположенного в штате Техас на глубине ~488 м; вода содержит 11% хлористого магния, мор­ ская же вода содержит не более 0,55% хлористого магния.

25

С

Однако уже в 1971 г. наметилась опасность перепро­ изводства магния, кроме того, отсутствовала возмож­ ность сбыта хлора [23]. В связи с предстоящим пуском заводов в районе Большого Соленого озера, а также в Норвегии и Японии фирмой Dow был отсрочен пуск нового завода в Даллеспорте (штат Вашингтон, США) до января 1975 г. Предполагая быстрый рост производ­ ства магния, капиталистические фирмы начали актив­ ную деятельность по расширению его применения. Так, фирмой Dow Chemical был создан международный науч­ но-исследовательский центр по магнию при институте

Общее потребление первичного магния капиталисти­ ческими и развивающимися странами составляет, тыс. т:

за рубежом весьма разнообразны: в производстве спла­ вов на основе алюминия (30—40%), при производстве ковкого чугуна (10%), при магниетермическом восста­ новлении титана (10—15%), в автомобильной и атомной промышленности (использование высокой нейтронной проницаемости магния) и в других отраслях.

В настоящее время советская магниевая промышлен­ ность занимает ведущее место в мире [16]. Особенно­ стью отечественной магниевой промышленности являет­ ся комплексное и полное использование сырья, высокая

26

концентрация производства, комбинирование магниево­ го производства с химическими и другими металлурги­ ческими производствами.

Значительная часть магния в Советском Союзе по­ требляется в качестве восстановителя при производстве тугоплавких металлов. Для приготовления алюминиевых сплавов используют 10%, для протекторной защиты 2% магния. В качестве конструкционного материала магний используют в виде литья и проката для изготов­ ления различных деталей самолетов и вертолетов и при­ боров к мим, двигателей легковых автомобилей «Запо­ рожец» и др. Намечена большая программа расширения применения магниевых сплавов в различных отраслях народного хозяйства [16].

Г л а в а II

НЕПРЕРЫВНОЕ РАФИНИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО МАГНИЯ-СЫРЦА

1. НАЗНАЧЕНИЕ АППАРАТА НЕПРЕРЫВНОГО РАФИНИРОВАНИЯ

Создание экономичного и производительного аппара­ та, предназначенного для переработки магния-сырца на магний рафинированный, хранения жидкого магния и подготовки его для дальнейшего использования, — такая проблема стояла в середине шестидесятых годов перед титано-магниевой промышленностью.

Концентрация больших масс магния в одном аппара­ те была необходима для литейного и электролизного пе­ ределов, а также передела восстановления четыреххлори­ стого титана магнием при получении титановой губки. Но наиболее актуальным и наиболее подготовленным этот вопрос оказался именно для литейного передела. В связи с низкой производительностью и малой эконо­ мичностью шахтных тигельных печей сопротивления СМТ-1, простотой операций переработки магния-сырца на магний рафинированный, заключающейся в отстаи­ вании магния в течение 1—2 ч [2], работы по созданию аппарата непрерывного рафинирования были начаты впервые именно для литейного передела.

Аппарат должен был удовлетворять следующим тре­ бованиям;

27

а) вмещать большую массу магния-сырца ■— до 5— 10 т и обеспечивать минимальные потери металла;

б) очищать магний-сырец от включений хлоридов, окислов и нитридов и избыточного содержания железа; при этом магний не должен загрязняться другими при­ месями;

в) разогревать жидкий магний до температуры литья и поддерживать его при этой температуре наиболее эко­ номичным способом в течение длительного времени;

г) обеспечивать простоту подачи рафинированного магния к разливочной машине и удаления примесей из аппарата;

д) иметь высокую производительность и обеспечи­ вать непрерывность процесса рафинирования. Требова­ ние непрерывности возникло в связи с необходимостью создания поточных линий по производству чушкового магния.

Как указывалось в гл. I, электролитический магнийсырец содержит примесей никеля, меди, кремния, мар­ ганца и алюминия в 2—5 раз меньше, чем это допусти­ мо ГОСТ 804—62 на магний первичный в чушках. Со­ держание железа в магнии-сырце, как правило, больше, чем это регламентируется ГОСТом. Что же касается хлористых солей, то их содержание в несколько раз пре­ вышает норму.

Поэтому основным назначением аппарата непрерыв­ ного рафинирования была очистка магния от хлористых и окисных включений, а также избыточного железа и со­ хранение магния полученного качества.

2. АППАРАТЫ ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ МАГНИЯ-СЫРЦА

По принятой терминологии под переработкой маг­ ния-сырца на магний рафинированный подразумевается разогрев металла до температуры литья и рафинирова­ ние его при этом от металлических и неметаллических примесей.

До конца пятидесятых годов магний-сырец выбира­ ли из электролизеров вручную с последующей переплав­ кой чушек в печах СМТ-1. Такая технология затруд­ няла поддержание стабильной оптимальной температу­ ры и приводила к перегреву магния при плавке и разливке, следствием чего являлось повышенное содер­ жание в магнии железа.

28