Металды пештен тыс өндірудің комбинирлеу әдісі

Пештен тыс өндірудің толық жетілген қарапайым әдісінің бірі комбинирлеу немесе кешенді әдісінің дамуы болып келеді. Бұл даму бірнеше «қарапайым» әдістермен бірге немесе қиыстырылып немесе болатты кешенді өңдеуден жаңа агрегеттар тудырып (қысқартқанда БКӨА), немесе қарапайым әдістерді кешенді етіп айналдырып жүргізеді. Бірінші жол бойынша мәселені шешудің мысалы, 7.6 - шы суретте көрстеілген. Вакуумдеу әдісін қолдану қажет болған кезде бастапқыда үрлеуші материалдар кездесетін қондырғысында (күкіртті жою немесе қышқылсыздандыру), содан кейін вакуумды қондырғыда (дегазация) металды өңдеудің жүйелі түрде болуын ұйымдастыру қажет. Ал аз көміртекті болат алу қажет болған жағдайда (мысалы, коррозияға тұрақты, ыстыққа төзімді т.б.) комбинирлеудің аргонды - оттекті үрлеумен вакууды өңдеу әдісі кеңінен қолданылады.

Сурет 7.4 - Шөміштегі металл бетінен қожды бөліп алу қондырғысы

Сурет 7.5 - Конвертердегі қожды бөлуге арналған пневматикалық тығын

Екінші жол бойынша мәселені шешу мысалы шөміш - пеш немесе LF (Ladle - Furnace, англ.) деп аталатын қондырғыдан алынатын агрегат құру. LF үрдісі электрод жүргізілетін қақпақпен жабылған, отқа төзімді заттармен бүркелген шөміште жүргізіледі (сурет 7.7). Үрдіс шөміште металды аргонмен үрлеумен бірге жүзеге асырылады, доғалық жылыту және металды синтетикалық қожбен өңдеу оны аргонмен араластыру кезінде жүргізіледі. Үрдіс тек қана металды талап етілген құрамда және температурада алуға ғана мүмкіндік жасамай, оттегі мен күкіртті жою барысында металл емес қосымшалар мөлшерін азайтуға да үлесін қосады. 7.8 - ші суретте синтетикалық қож қабаты арқылы аргон мен металдың араласуын қарастыратын, ұнтақ тәрізді реагенттермен үрлеу мен ерітіндіні қыздыру бір уақытта жүргізілетін мүмкінділігі бар шөміш - пеш қондырғысының нұсқасы келтірілген.

Шөміш - пеш агрегеты үзілісті тоқ сияқты үзіліссіз тоқта да жұмыс жасайды. 7.9 - шы суретте LF агрегатының үзіліссіз тоқ кезіндегі жұмысының сызбасының жобасы көрсетілген.

«Қарапайым» әдістерді кешендіге айналдыруға мысал ретінде агрегатты тұйықталған вакуумдеуге айналдыруды жатқызуға болады.

Үрдісті қиындатудың бірінші кезеңі вакуммды камераға металды қосымша қыздыру және көміртексіздендіруді қарқындату мақсатымен оттегіні қосымша енгізу болып табылады (сурет 7.10, а).Әрі қарай, металды өндіру үрдісінде оны қыздыру үшін вакуум камераға алюминийді (уақтау түйіршік немесе сым түрінде) беру, оның келесі тотығуын оттегімен үрлеу (реакцияның өтуі кезінде 4Al + 3О₂ = 2Al₂О₃ + Qжылудың көп мөлшері бөлінетін) әдісі қолданыла бастады. Келесі қиындатылуы - бункерден тікелей вакуум камераның жоғарғы жағына немесе төменіне қож құрамды материалдың түсірілуі (әдетте, СаО - CaF₂ негізінде күкіртсіздендіргіш қоспа). Бұл технология нұсқасы VOF - үрдісі (англ. Vacuum - Oxygen - Flux Process) деген атауға ие болды.

Сурет 7.6 - Болатты бастапқыда кальций құрамды материал қондырғысында үрлеу, одан кейін тұйықталған вакуумдеу қондырғысында кезекті өңдеу сұлбасы

Сурет 7.7 - Шөміш - пеш қондырғысы:

1 - Тығынды ысырма; 2 - Арба; 3 - Негізгі қож; 4 - Бақылайтын терезе; 5 - Электродтар; 6 -Легірлеуші қосымшалар сақтайтын бункерлер; 7 - Пеш ішіндегі инертті атмосфера; 8 - Батырылған доғаның қыздырылуы; 9 - Шөміш; 10 - Сұйық болат; 11 - Аргонды беруге арналған кеуекті тығын

Сурет 7.8 - АР (Arc - Process) типті шөміш - пеш қондырғысының сұлбасы:

1 - Шөміш; 2 - Жинақтар қақпағы; 3 - Ферроқорытпа және флюске арналған бункерлер; 4 - Металға аргон немесе азоттың берілу фурмасы; 5 - Электродтар; 6 - Аргонның берілуі; 7 - Аргонның жіңішке ағысындағы ұсақ силикокальцийді үрлеу фурмасы; 8 - Тотықтырғыш атмосфера; 9 - Қож CaO - SiО₂- Al₂О₃

Сурет 7.9 - Үзіліссіз тоқ кезінде шөміш - пеш қондырғысының сұлбасы:

а - Қалың электродсыз; (1 - Шөміш; 2 - Жиынтық; 3 - Электродтар; 4 - Қож; 5 - Кеуекті тығын; 6 - Қалың электродпен (1, 2 - Электродтар; 3 - Қож; I - Вакуумды жүйе; Н - Қосымшалар мен флюс енгізу)

Сурет 7.10 - Тұйықталған вакуумдеу үрдісінің жетілдірілуі: а - Оттектің берілуі; б - Флюстің берілуі; в - Оттек пен аргонның интенсивті түзілу аймағы

7.10 - шы (в) суретте вакуумматор камерасына оттегі мен аргонның қосымша берілуінің қолданылатын сұлбасы көрсетілген. Мұндай сұлба металды қыздыру үшін камераға енгізілген алюминийді тиімді қолдануға мүмкіндік береді. Металл температурасын (О₂ : Аr қатынасында араластыра отырып) бақылауға және реттеуге мүмкіндік береді, сонымен қатар, камера аймағында металдың араласуы мен қарқынды қайнауын тудырады. Бұл О₂ : Аr қатынастарының шығынын араластыра отырып, оттегі, кремний, марганец және хромның тотығуын басқаруға мүмкіндік туғызады. Мұндай технология құрамында (%): S - 0,002; Р - 0,015; [О] - 0,002; [Н] - 0,00015 - тен көп емес болат алуға мүмкіндік жасайды.

Практика, сонымен қатар, тұйықталған немесе үлесті вакуум камераға құрамында көміртегі бар қосымшаларды енгізу арқылы енгізілген көміртегінің массасын біле отырып, дайын болаттағы көмірдің қажетті мөлшерін алуға болатынын көрсетті. Нәтижесінде, металды қышқылсыздандыру, легірлеу, көміртегі бойынша түзету үрдістерін толығымен шөмішке көшіруге мүмкіндік туады.

Жоғарыда қажетті жағдайға көміртегіні өте аз мөлшерде алудың негізгі қиыншылықтары айтылып кетті. 7.10 - шы (в) суретте көрсетілген әдісті қолдану бұл қиыншылықты да жеңілдетеді.

Келтірілген мысалдар, үлесті вакуумдеу агрегаты келесі операциялардың жүргізілуіне мүмкіндік жасайтынын көрсетеді: а) дегазация; б) қыздыру (енгізілген алюминийді оттегімен тотықтыру есебінде); в) десульфурация (флюспен өңдеу); г) қышқылсыздандыру (қышқылсыздандырғыш енгізу арқылы); д) легірлеу (легірлеуші қосымшалар енгізу арқылы); е) көміртектендіру; ж) шексіз көміртексіздендіру.

Бақылау сұрақтары:

1. Шөміш камерасында металдың көп массасын вакуумдеудің қандай кемшіліктері кездеседі?

2. Екіншілікті тотығу дегеніміз не?

3. Екіншілікті тотығу үрдісінің дамуы немен анықталады?

4. Пештен тыс өңдеудің қолайлы жүргізілуі үшін негізгі элемент болып не табылады?

5. Пештен тыс өңдеудің комбинирлеу және кешенді әдістері ненің есебінен жүргізіледі?

6. Тікелей вакуумматор камерасына оттегі мен аргонның қосымша берілуі сұлбасын тиімді пайдалануға не мүмкіндік жасайды?

Глоссарий:

1.Шөмішті вакуумдеу - шөміш металмен бірге вакуумды камераға түсіріліп металдың инертті газдармен араласуын туғызады, қышқылсыздандырғыштар шөмішке бункерден, сонымен қатар, вакуумды камерадан салыну әдісі.

2.Жіңішке ағымды вакуумделу - металл шөміштен келесі шөмішке немесе шөміштен металл қалыпқа құйылуы кезінде вакуумделеді, яғни, вакууммен өңдеу металдың жіңішке ағысы кезінде жүретін әдіс.

Блиц - тест:

Нұсқа

1. Еркін борттың биіктігі қалай жасалады?

a) 900см - ден көп емес

b) 900мм - ден көп емес

c) 900см - ден кем емес

d) 900мм - ден кем емес

e) 900м - ден кем емес

2. Камерадағы шөміште біршама көлемге ие болатын металдың үлкен массасын вакуумдеудің маңызды кемшілігі болып камерада ненің өзгерісі табылады?

a) Температураның жоғарлауы

b) Температураның төмендеуі

c) Қысымның кемуі

d) Қысымның жоғарлауы

e) Қысымның туралануы

3. Вакуумдеудің ең қарапайым әдісі қайда вакуумдау болып табылады?

a) Шөміште

b) Конвертерде

c) Пеште

d) Құдық пеште

e) Науада

4. Шөміш металмен бірге вакуумды камераға түсіріліп металдың инертті газдармен араласуын туғызады, қышқылсыздандырғыштар шөмішке бункерден, сонымен қатар, вакуумды камерадан салынады. Бұл әдіс қалай аталады?

a) Ағынды вакуумдау

b) Шөмішті вакуумдау

c) Металлургиялық вакуумдау

d) Камералық вакуумдау

e) Инертті вакуумдау

5. Болаттың металды құю және шығару кезінде оның оттегімен, сонымен қатар, қождың ақырғы тотықтырғышымен, отқа төзімді қосымшалармен өзара әрекеттесуі нәтижесінде ақаулы болуының негізгі кең таралған себебі не болып табылады?

a) Металл коррозиясы

b) Металдың екіншілікті тотығуы

c) Металдың біріншілікті тотығуы

d) Металдың екіншілікті қышқылсыздануы

e) Металдың біріншілікті ластануы

6. Екіншілікті тотығу үрдісінің дамуындағы өзара әрекеттесудің бір үрдісін атаңыз?

a) Металдың ауадағы сутегімен әрекеттесуі

b) Аралық шөміштегі металл бетінің атмосферамен әрекеттесуі

c) Металл ағымының шөміш бетімен әрекеттесуі

d) Болат құйғыш шөміштің аралық шөмішпен әрекеттесуі

e) Балқыту кезінде металл бетінің қожбен әрекеттесуі

7. Ауаның тотығуының үлкен (онға дерлік) ерекшелігі және металдың қышқылсыздануы металды неден қорғанудың қиындығын анықтайды?

a) Біріншілік тотығуынан

b) Біріншілік қышқылсыздануынан

c) Екіншілік қышқылсыздануынан

d) Екіншілік тотығуынан

e) Қосымшалармен ластануынан

8. Қождың агрегеттан ағып шығуын қиындататын кеңінен таралған әдіс?

a) Қожды жоғарыдан жою

b) Қожды өртеу

c) Қожды түбімен жойып жіберу

d) Қожды еріту

e) Қожды босаңсыту

9. Аз көміртекті болат алу қажет болған жағдайда немен вакуумды өңдеудің комбинирлеу әдісі қолданылады?

a) Аргонды - сутекті үрлеу

b) Аргонды - оттекті үрлеу

c) Аргонды - азотты үрлеу

d) Аргонды - көміртекті үрлеу

e) Аргонды - кремнийлі үрлеу

10. LF үрдісі жүргізілетін шөміш немен бүркелген?

a) Негізгі отқа төзімді заттармен

b) Магнезитпен

c) Магнезитохромитті кірпішпен

d) Қышқыл отқа төзімді заттармен

e) Шамотты кірпішпен

Нұсқа

1. Массасы 50т - дан көп металды өңдеу кезінде металдың қандай қабаты жеткілікті түрде газсыздандырылмайды?

a) Ортанғы қабаты

b) Төменгі қабаты

c) Жоғарғы қабаты

d) Ең үстіңгі қабаты

e) Ортанғыдан жоғарғы қабаты

2. Орналастырудың кері факторы болып табылады:

a) Металл температурасын төмендету

b) Металл температурасын жоғарлату

c) Металл қысымын жоғарлату

d) Ортаның температурасын жоғарлату

e) Металл қысымын төмендету

3. Металды төменнен аргонмен үрлеу әдісімен қатар қосымша ретінде қандай әдіс қолданылады?

a) Науаларды электрлі орналастыру

b) Науаларды электромагнитті құю

c) Науаларды электротермиялық орналастыру

d) Науаларды электромагнитті қыздыру

e) Науаларды электромагнитті орналастыру

4. Металл шөміштен келесі шөмішке немесе шөміштен металл қалыпқа құйылуы кезінде вакуумдалады, яғни, вакууммен өңдеу металдың жіңішке ағысы кезінде жүреді. Бұл әдіс қалай аталады?

a) Шөмішті вакуумдау

b) Аударып құйып вакуумдау

c) Камералы вакуумдау

d) Инертті вакуумдау

e) Жіңішке ағымды вакуумдау

5. Болаттың ақаулы болуының негізгі кең таралған себебі болып, металды құю және шығару кезінде нелермен өзара әрекеттесуі нәтижесінде болатын металдың екіншілік (қайта) тотығуы табылады?

a) Тек қана ауадағы оттегімен

b) Отқа төзімді заттармен

c) Қождың ақырғы тотықтырғышы мен ауадағы сутегімен

d) Ауадағы оттегімен, қождың ақырғы тотықтырғышымен және отқа төзімді заттармен

e) Қождың бастапқы тотықтырғышы мен ауадағы оттегімен

6. Екіншілікті тотығу үрдісінің дамуындағы өзара әрекеттесудің бір үрдісін атаңыз:

a) Металдың ауадағы сутегімен әрекеттесуі

b) Балқыту кезінде металл бетінің қожбен әрекеттесуі

c) Балқыту кезінде металл бетінің атмосферамен әрекеттесуі

d) Болат құйғыш шөмішке металды жіберу кезінде металл ағымының атмосферамен әрекеттесуі

e) Металл ағымының шөміш бетімен әрекеттесуі

7. Металды құю және жіберу кезінде металл ағыны тотығудан басқа немен әрекеттеседі?

a) Азотпен және ауа ылғалымен

b) Ауа оттегісімен

c) Азотпен және сутегімен

d) Күкірт және фосформен

e) Күкірт және ауа ылғалымен

8. Қандай цехтарда сынаманың бірнеше түрін пайдалана отырып болаттың тесіктерін (өзектерін) тығындау әдісі кеңінен таралған?

a) Конвертерлі

b) Ұсату цехтарында

c) Мартен пеші цехында

d) Электропеш цехында

e) Домна пеші цехтарында

9. Қандай болат алу қажет болған жағдайда вакууды өңдеудің аргонды - оттекті үрлеумен комбинирлеу әдісі қолданылады?

a) Легірленген

b) Жоғарғы көміртекті

c) Аз көміртекті

d) Көміртексіз

e) Орташа көміртекті

10. Шөміш - пеш агрегат қалай жұмыс жасайды?

a) Үзіліссіз тоқпен

b) Үзілмелі тоқпен

c) Химиялық реакциялардың жылуы есебінен

d) Үзілмелі және үзіліссіз тоқпен

e) Жылудың сырттан кептіру есебінен

Дәріс 8