Технология производства деформируемых алюминиевых сплавов

5. Технология производства деформируемых алюминиевых сплавов.

Получают алюминий из горных пород с высоким содержанием глинозема: бокситов, нефелинов, алунитов и коалинов. Основным видом сырья для получения алюминия являются бокситы. Они содержат около 50—60% глинозема, 1—15 кремнезема, 2—25 окиси железа, 2—4 окиси титана, 10—30% воды.

Технологический процесс получения алюминия состоит из двух стадий: получения глинозема (А1з0з) из руды и производства алюминия из глинозема. В зависимости от состава и свойств исходного сырья применяют различные способы получения глинозема: химико-термические, кислотные и щелочные.

Широкое распространение получили щелочные способы. Этим способом перерабатываются бокситы с низким содержанием кремнезема (2—3%). Боксит при этом сушат, дробят, размалывают в шаровых мельницах и обрабатывают концентрированной щелочью для перевода гидрата окиси алюминия, в алюминат натрия: 2А1(ОН)з+2NаОН=NааО₂ • Аl₂Oз+4Н₂0.

Алюминат натрия (Nа₂О • Аl₂Оз) переходит в водный раствор, а другие примеси, не растворимые в щелочах, выпадают в осадок и отфильтровываются. Одна часть кремнезема также переходит в осадок, а другая растворяется в щелочи и загрязняет водный раствор, В связи с этим для очищения раствора требуется повышенный расход едкого натра.

Отфильтрованный водный раствор алюмината натрия поступает в специальные аппараты— самоиспарители, где происходит гидролиз алюмината натрия и выделение гидроокиси алюминия: Nа₂O=Аl₂Oз+4Н₂O=2NаОН+2Аl(ОН)з.

Полученная гидроокись алюминия направляется на фильтрование, а затем промывается и поступает в печи, где при температуре 1200° прокаливается.

В процессе прокаливания получают чистый глинозем:

2А1(ОН)з 4 Аl₂Oз+ЗН₂О.

Выход глинозема из руды при этом способе составляет около 87%. На производство 1 т глинозема расходуется 2,0—2,5 т боксита. 70—90 кг NаОН, около 120 кг извести, 7—9 т пара; 160—180 кг мазута (в пересчете на условное топливо) и около 280 кВт•ч электроэнергии.

Глинозем (А₂О₃) представляет собой прочное химическое соединение, температура его плавления 2050, кипения — 2980°С. В этих условиях восстановление алюминия углеродом или его окисью весьма затруднительно, так как этот процесс заканчивается образованием карбида алюминия (Al₃С₄).

Не представляется возможным получить алюминий с помощью электролиза водного раствора солей, так как в этом случае на катоде выделяется только водород. Поэтому алюминий получают электролизом из глинозема, растворенного в расплавленном криолите. Процесс происходит в специальных электролизных ваннах. На дне ванны (катоде) собирается жидкий алюминий, который периодически откачивается с помощью вакуумного ковша, соединенного с вакуумным насосом, gо мере необходимости электрод обновляется. Суточная производительность ванны составляет около 350 кг алюминия. Длительность непрерывной работы ванны—2—3 года. Для производства одной тонны алюминия расходуется около - 2 т глинозема, 0,7 т анодной массы, 0,1 т криолита и других фторидов и 16—18 тыс. кВт•ч электроэнергии. В структуре себестоимости 1 т алюминия затраты на электроэнергию составляют более 30%, около 50% приходится на сырье и основные материалы. В этих условиях рациональное и экономное использование сырья и электроэнергии является одним из путей снижения себестоимости алюминия.

Блок-схема изготовления деформируемых алюминиевых сплавов

1 – сушка, дробление, размалывание в шаровых мельницах и обработка концентрированной щелочью

2 – фильтровка

3 – гидролиз в специальных аппаратах – самоиспарителях

4 – фильтрование, промывка, прокаливание

5 – электролиз в специальных электролизных ваннах

6 – легирование медью, магнием, марганцем, цинком, кремнием, железом, никелем и другими элементами.

6. ГОСТы на деформируемые алюминиевые сплавы.

ГОСТ 21488-97 «Прутки прессованные из алюминия и алю­миниевых сплавов. Технические условия»

ГОСТ 9.510 «Полуфабрикаты из алюминия и алюминиевых сплавов. Общие требования к временной противокорро­зионной защите, упаковке, транспортировке и хранению»

Использован ГОСТ 21488-97 «Прутки прессованные из алюминия и алю­миниевых сплавов. Технические условия»

5 ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ

5.1 Характеристики базового исполнения

5.1.1 Прутки изготовляют нз алюминия марок АД0, АД1, АД и алюминие­вых сплавов марок АМц, АМцС, АМг2, АМг3, АМг5, АМг6, АД31, АД33, АД35, АВ, Д1, Д16, АК4, АК4-1, АК6, АК8, В95, 1915, 1925 с химическим составом по ГОСТ 4784, алюминиевых сплавов марок ВД1, В95-2, АКМ с химическим составом по ГОСТ 1131.

По согласованию изготовителя с потребителем допускается изготовлять прутки из алюминия других марок высокой и технической чистоты по ГОСТ 11069.

5.1.2 Прутки изготовляют нормальной точности.

Диаметры круглых, квадратных и шестигранных прутков нормальной точности изготовления, предельные отклонения и теоретическая масса 1 м прутка должны соответствовать значениям, приведенным в таблицах I,2 и 4.

Радиусы округлений кромок квадратных и шестигранных прутков должны соответствовать значениям, приведенным в таблицах 3 и 5.

5.1.3 Прутки изготовляют немерной длины:

от 1,0 до 6,0 м — для диаметров до 80 мм;

ст 1,0 до 5,0 м — для диаметров свыше 80 мм до 110 мм;

от 0,5 до 4,0 м — для диаметров свыше 110 мм.

В партии прутков немерной длины допускаются укороченные прутки в количестве не более 10 % от массы партии, длиной не менее 0,5 м — для прутков диаметром до 110 мм.

5.1.3.1 Прутки круглые диаметром до 15 мм включительно в состоянии без термической обработки или в мягком (отожженном) изготовляют в бух­тах немерной длины.

5.1.4 Прутки должны быть выправлены.

Кривизна прутков нормальной и повышенной точности изготовления на 1 м длины во всех состояниях материала, за исключением мягкого (отожжен­ного), не должна превышать:

для прутков диаметром до 100 мм — 3 мм;

для прутков диаметром свыше 100 мм до 120 мм — 6 мм;

для прутков диаметром свыше 120 мм до 150 мм — 9 мм;

для прутков диаметром свыше 150 мм до 200 мм - 12 мм;

для прутков диаметром свыше 200 мм до 300 мм — 15 мм;

для прутков диаметром свыше 300 мм до 400 мм — 20 мм;

Примечания:

1 Для прутков с номинальным диаметром  не более 15 мм допускается кривизна, устраняемая до нормированной величины 3 мм, путем приложения усилий не более 50 Н (5 кгс) на пруток, установленный на плоской плите.

2 Кривизна мягких (отожженных) прутков и прутков без термической об­работки из алюминия всех марок, алюминиевых сплавов марок АМц, АМцС и АД31, а также прутков в бухтах не нормируется.

3 Общая допустимая кривизна не должна превышать произведения мест­ной кривизны на 1 м на длину прутка в метрах.

5.1.5 Прутки изготовляют нормальной прочности.

5.1.6 По состоянию материала прутки изготовляют:

без термической обработки — на алюминия марок АД0, АД1, АД и алю­миниевых сплавов марок АМц, АМцС, АМг2, АМг3, АМг5, АМг6, АД31, АД33, АД35, АВ, Д1, Д16, АК4, АК4-1, АК6, АК8, В95, 1915, 1925, ВД1, В95-2, АКМ.

мягкие (отожженные) — из алюминиевых сплавов марок АМг3, АМг5, АМг6, 1915, 1925, АКМ;

закаленные и естественно состаренные — из алюминиевых сплавов марок АД31, АД33, АД35, АВ, Д1, Д16, 1915, 1925, ВД1, АКМ;

закаленные и искусственно состаренные — из алюминиевых сплавов ма­рок АД31, АД33, АД35, АВ, АК4, АК4-1, АК6, АК8, В95, В95-2.