Плавление и литьё алюминиевых сплавов
Покупка
Основная коллекция
Тематика:
Металлургия. Литейное производство
Издательство:
Сибирский федеральный университет
Авторы:
Напалков Виктор Иванович, Фролов Виктор Федорович, Баранов Владимир Николаевич, Беляев Сергей Владимирович, Безруких Александр Иннокентьевич
Год издания: 2020
Кол-во страниц: 716
Дополнительно
Вид издания:
Монография
Уровень образования:
ВО - Магистратура
ISBN: 978-5-7638-4269-2
Артикул: 766394.01.99
Представлены современные взгляды на теоретические основы процессов плавления, литья, дегазации и фильтрации алюминиевых сплавов. Приведена классификация алюминиевых печей и описано технологическое оборудование для производства слитков и их контроля на дефекты, а также даны основные физико-химические характеристики первичного алюминия и особенности производства алюминия-сырца, получаемого в электролизерах. Предназначена для научных и инженерно-технических работников институтов и предприятий алюминиевой промышленности. Может быть интересна студентам бакалавриата и магистратуры, обучающимся по направлению подготовки «Металлургия».
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации С ПЛАВЛЕНИЕ И ЛИТЬЕ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ Монография К С У 2020
УДК 669.715.046.5
ББК 34.333.1
П370
А :
В.И. Н п , В. . , В.Н. Б , С.В. Б , А.И. Б х
:
В.И. , х ч х , п (Н
х ч « ИС С»);
В.И. Т , х ч х , ч (В х п )
П370 Плавление и литье алюминиевых сплавов : м /
В.И. Напалк ов, В.Ф. Фр олов , В.Н. Баранов [и др.]. - Красноярск :
Сиб. федер. ун-т, 2020. - 716 с.
ISBN 978-5-7638-4269-2
П м ч п
п , , юм х п . П
юм х п ч п х ч
п х , ж
-х м ч х п ч юм п юм - , п ч м э х.
П ч ч х ж - х ч х п п юм п м . ж а м м , ч ющ м п п ю
п « ».
Электронный вариант издания см.:
http://catalog.sfu-kras.ru
УДК 669.715.046.5
ББК 34.333.1
ISBN 978-5-7638-4269-2
© С ибир ский ф ед ер альный у нивер с итет, 2020
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ .......................................................7
Глава 1. ПРОИЗВОДСТВО АЛЮМИНИЯ .................................9
1.1. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ АЛЮМИНИЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ ...............9
1.2. МИРОВОЕ ПРОИЗВОДСТВО АЛЮМИНИЯ ............................11
1.3. ОСНОВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ПЕРВИЧНОГО АЛЮМИНИЯ .....13
1.4. ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОЕ РАФИНИРОВАНИЕ АЛЮМИНИЯ .................28
1.5. АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ СПОСОБЫ ПРОИЗВОДСТВА АЛЮМИНИЯ .............31
Библиографический список ......................................32
Глава 2. СВОЙСТВА И ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ АЛЮМИНИЯ И ЕГО СПЛАВОВ .33
2.1. КРИСТАЛЛИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА АЛЮМИНИЯ .......................33
2.2. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ......................................38
2.3. ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ......................................46
2.4. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ....................................52
2.5. ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ АЛЮМИНИЯ И ЕГО СПЛАВОВ.................55
Библиографический список ......................................57
Глава 3. СПЛАВЫ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ ............................58
3.1. КЛАССИФИКАЦИЯ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ ........................58
3.2. ДИАГРАММА СОСТОЯНИЯ АЛЮМИНИЯ С ЛЕГИРУЮЩИМИ ЭЛЕМЕНТАМИ ....67
3.3. ВЛИЯНИЕ ЛЕГИРУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ И ПРИМЕСЕЙ НА СВОЙСТВА АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ ...........................................77
3.4. ХАРАКТЕРИСТИКА СИСТЕМ АЛЮМИНИЕВЫХ ДЕФОРМИРУЕМЫХ СПЛАВОВ ..85
3.4.1. Технический алюминий ...................................85
3.4.2. Сплавы системы Al-Mn....................................88
3.4.3. Сплавы системы Al-Mg и Al-Mg-Mn ........................90
3.4.4. Сплавы системы Al-Mg-Si.................................92
3.4.5. Сплавы системы Al-Cu и Al-Cu-Mg.........................96
3.4.6. Сплавы системы Al-Zn-Mg и Al-Zn-Cu-Mg..................101
3.4.7. Сплавы системы Al-Cu-Li и Al-Mg-Li.....................106
Библиографический список .....................................110
Глава 4. ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ СЛИТКОВ ......................111
4.1. ТЕМПЕРАТУРА КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ..............................111
4.2. ПЕРЕОХЛАЖДЕНИЕ ..........................................113
4.3. ГЕТЕРОГЕННОЕ ЗАРОЖДЕНИЕ КРИСТАЛЛОВ ......................117
- 3 -
4.4. КОНЦЕНТРАЦИОННОЕ ПЕРЕОХЛАЖДЕНИЕ ..........................119 4.5. ФОРМЫ РОСТА КРИСТАЛЛОВ ...................................123 Библиографический список ......................................129 Глава 5. ОСНОВЫ ТЕОРИИ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ СЛИТКОВ .................130 5.1. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ БОЛЬШИХ МАСС РАСПЛАВА АЛЮМИНИЯ .............................................130 5.2. ФРОНТ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ .....................................131 5.3. СКОРОСТЬ ДВИЖЕНИЯ ФРОНТА КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ..................139 5.4. СТРУКТУРА СЛИТКОВ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ, ОТЛИТЫХ НЕПРЕРЫВНЫМ СПОСОБОМ ..................................150 5.5. ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ И СХЕМА ПРОЦЕССА КРИСТАЛЛИЗАЦИИ СЛИТКОВ .......................................................160 Библиографический список ......................................165 Глава 6. МОДИФИЦИРОВАНИЕ И ЛЕГИРОВАНИЕ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ ....166 6.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ЛИГАТУРАХ ...............................166 6.2. СОСТАВ И ФОРМА АЛЮМИНИЕВЫХ ЛИГАТУР .......................169 6.3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ ПРИГОТОВЛЕНИЯ И ОТЛИВКИ ЛИГАТУР .172 6.4. СПОСОБЫ ЛЕГИРОВАНИЯ И МОДИФИЦИРОВАНИЯ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ ...........................................179 6.5. УСТАНОВКА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАЗМЕРА ЗЕРНА СЛИТКА В ПРОЦЕССЕ ЛИТЬЯ ..............................................183 6.6. ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ МОДИФИЦИРОВАНИЯ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ .......................................................187 Библиографический список ......................................196 Глава 7. РАФИНИРОВАНИЕ И ФИЛЬТРАЦИЯ СПЛАВА ....................197 7.1. КЛАССИФИКАЦИЯ СПОСОБОВ РАФИНИРОВАНИЯ .....................197 7.2. МЕТОДЫ РАФИНИРОВАНИЯ АЛЮМИНИЯ И ЕГО СПЛАВОВ ..............205 7.3. РАФИНИРОВАНИЕ РАСПЛАВА ФЛЮСАМИ ...........................209 7.4. РАФИНИРОВАНИЕ РАСПЛАВА ГАЗАМИ ............................259 7.5. ПРОМЫШЛЕННЫЕ УСТАНОВКИ ДЛЯ РАФИНИРОВАНИЯ И ФИЛЬТРАЦИИ РАСПЛАВА .........................................280 7.6. ВАКУУМНАЯ ОБРАБОТКА РАСПЛАВА .............................296 7.7. ФИЛЬТРАЦИЯ ЧЕРЕЗ СЕТЧАТЫЕ ФИЛЬТРЫ ........................303 7.8. ФИЛЬТРАЦИЯ ЧЕРЕЗ НАСЫПНЫЕ ФИЛЬТРЫ ........................309 7.9. ФИЛЬТРАЦИЯ ЧЕРЕЗ ПОРИСТЫЕ КЕРАМИЧЕСКИЕ ФИЛЬТРЫ ...........343 7.10. КОМБИНИРОВАННЫЕ МЕТОДЫ РАФИНИРОВАНИЯ ....................353 7.11. СИСТЕМЫ ДЕГАЗАЦИИ .......................................363 7.12. ВНЕПЕЧНЫЕ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ДЕГАЗАЦИИ ......................370 7.13. ПЕЧНЫЕ СИСТЕМЫ ДЛЯ ОБРАБОТКИ РАСПЛАВА ...................373 7.14. ФИЛЬТРАЦИЯ МЕТАЛЛА ......................................375 Библиографический список ......................................378 - 4 -
Глава 8. ПЛАВЛЕНИЕ СПЛАВОВ И ОТЛИВКА СЛИТКОВ ...............................379 8.1. ХАРАКТЕРИСТИКА ШИХТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ ....................................379 8.2. ПРИГОТОВЛЕНИЕ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ ЖИДКОГО АЛЮМИНИЯ.......................384 8.3. ПРИГОТОВЛЕНИЕ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ ЧУШКОВОГО АЛЮМИНИЯ И ОБОРОТНЫХ ОТХОДОВ ........................................................388 8.4. ТЕПЛООБМЕН В ПРОЦЕССЕ ПЛАВЛЕНИЯ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ ...................395 8.4.1. Энергия, необходимая для нагрева и плавления сплавов ................396 8.4.2. Виды горения газообразного топлива и эффективность его использования.398 8.4.3. Теплообмен при плавке алюминиевых сплавов ...........................400 8.4.4. Взаимодействие расплава алюминия с газами ...........................411 8.4.5. Печная технология ...................................................412 8.5. ОКИСЛЕНИЕ РАСПЛАВА В ПРОЦЕССЕ ПЛАВЛЕНИЯ................................434 8.6. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ РАСПЛАВА АЛЮМИНИЯ С ВОДОРОДОМ ..........................440 8.7. ОСОБЕННОСТИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ РАСПЛАВА АЛЮМИНИЯ С ФЛЮСАМИ ................452 8.8. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ С ОГНЕУПОРАМИ ......................478 8.9. ПОТЕРИ МЕТАЛЛА И ЭНЕРГИИ ПРИ ПЛАВКЕ ...................................481 8.10. КЛАССИФИКАЦИЯ ПЕЧЕЙ ПО ОСОБЕННОСТЯМ КОНСТРУКЦИИ И НАЗНАЧЕНИЮ ...............................................................496 8.10.1. Основные конструкции печей .........................................497 8.10.2. Конструкции печей по назначению.....................................500 8.11. ОГНЕУПОРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ФУТЕРОВКИ ПЕЧЕЙ И ЛИТЕЙНОЙ ОСНАСТКИ ........................................................524 8.11.1. Футеровка ..........................................................533 8.11.2. Группы огнеупорных материалов и сырье для их производства ..........537 8.11.3. Сырье для производства огнеупоров ..................................539 8.11.4. Типы огнеупорных материалов и их производство ......................540 8.11.5. Термообработка .....................................................548 8.12. МАГНИТОГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ ДЛЯ ПЕРЕМЕШИВАНИЯ РАСПЛАВА ...................................................................550 8.13. ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ РАЗРАБОТКИ ТЕХНОЛОГИИ ПРИГОТОВЛЕНИЯ СПЛАВОВ ....................................................................557 8.14. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ОТЛИВКИ СЛИТКОВ .....................................566 8.14.1. Литейные машины ....................................................566 8.14.2. Металлопроводы .....................................................577 8.14.3. Кристаллизаторы ....................................................586 8.14.4. Литейные технологии ................................................611 8.15. ТРЕБОВАНИЯ К ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ВОДЕ ........................................640 Библиографический список ...................................................646 Глава 9. ГОМОГЕНИЗАЦИЯ И ОТЖИГ СЛИТКОВ......................................649 9.1. ЛИКВАЦИОННАЯ НЕОДНОРОДНОСТЬ В СЛИТКАХ СПЛАВОВ .........................649 9.2. ПРОЦЕССЫ В СПЛАВАХ ПРИ ГОМОГЕНИЗАЦИИ И ОХЛАЖДЕНИИ СЛИТКОВ .............656 9.2.1. Процессы в сплавах при гомогенизации ................................656 9.2.2. Процессы, обусловленные скоростью охлаждения слитков ................660 9.2.3. Изменение структуры и свойств слитка ................................660 - 5 -
9.2.4. Свойства полуфабрикатов ...............................661 9.2.5. Влияние температуры гомогенизации на качество слитков .663 9.3. РЕЖИМЫ ГОМОГЕНИЗАЦИИ И ОТЖИГА СЛИТКОВ ...................665 9.4. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ГОМОГЕНИЗАЦИИ И ОТЖИГА СЛИТКОВ ...669 Библиографический список .....................................681 Глава 10. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И КОНТРОЛЯ РАСПЛАВА И СЛИТКОВ ..682 10.1. КОНТРОЛЬ СТРУКТУРЫ И ИЗЛОМА.............................683 10.2. МЕТОД ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПРОБЫ.............................686 10.3. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРИРОДЫ ДЕФЕКТОВ ...................688 10.4. ИССЛЕДОВАНИЕ КАЧЕСТВА СЛИТКА ...........................694 10.5. АНАЛИЗАТОР ЧИСТОТЫ ЖИДКИХ МЕТАЛЛОВ (LIMCA) .............696 10.6. МЕТАЛЛОГРАФИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ..............................700 10.7. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ВОДОРОДА .................702 10.8. УЛЬТРАЗВУКОВОЙ КОНТРОЛЬ СЛИТКОВ ........................709 Библиографический список .....................................714 - 6 -
ВВЕДЕНИЕ
А юм п п ъ м м п п м ю м п , п ч м х п п
ю п м п ю
п м м м . Э м ч м
м юм х п , х п ю ч ю п ч ч м п ю, ю ю , х ю п м ю м, м . В ч м п м
м м п п п п юм п м .
О ю ч ъ м п юм х п
м ю м м п ( , , п х п , п , п , п мп ). В п м ч ч х п , м , х х ж м . В щ м ч
ч , ч , п м
м м х ч х , м х п п ч , ч п м . . ющ м м п п м м м х юм х п ч ч . В э
ч м х м , п х ч
, м п п , ч м . З ч м юм п
ю п м п х м п п п ч х х п .
В юм х м м х п , п х В. м, С. . В м, В.А. Л м, В.И. Д м м ч м , ж п
п п ч юм :
1) х м п , м п ;
2) щ х ж м м м м х ч ;
- 7 -
В В Е Д Е Н И Е
3) п м м х ж п
х м х ч х п .
З п п п м п
э п м м п х ю ч п ; х ч п , ч х м п п м м э м м п , п ж З.Н. Г м .
В щ м п ж ю п ч
, х , п х м ч м м
х м. В м х мп
п ч х п п -п ж м п п ж х
щ п . Н ч п ж ю м п ч м
п х .
- 8 -
- Глава 1
ПРОИЗВОДСТВО АЛЮМИНИЯ
1.1
ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ АЛЮМИНИЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Алюминии - это сер е бри сто - б елыи м еталл, которы и в атм о с ф ерных х п п юм . Н « юм »
п х alumen ( юм ). Вп
юм м п ч 1825 . м ч м Э м,
м м х юм . В 1827 .
м х м . В ж п ч юм , м м м м ч м м. ч А С -К -Д
1854 ., п . В , п ж п м п
п юм , м м м х
- м м п ч м м х м юминия и натрия (AlCl3-NaCl). Этот спосо б произв одства алюминия про сущ 1890 . В 1865 . ч Н.Н. Б п ж
п п ч юм п м м м п .
Н п ж м э ч п п
юм ю П.Л. Э Ч. . Х США,
м 1886 . п ж п п ч юм э м юм , п м .
Э ч ч м м юм п м . В э ж х м К.И. Б ( п п х ж ю) п п м
п м х щ ч м м х. Д п
щ м м юм п м .
П юм , м п э ч п юм , п . Н (Ш ). К ч XX . э ч п юм щ Ш , , США, Г м , А А
п 28 . юм .
В ч м юм ю
Н.Н. Б , п м п
- 9 -
Глава 1. ПРОИЗВОДСТВО АЛЮМИНИЯ
1.1. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ АЛЮМИНИЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
ч э ч п ч юм . П.П. В.П. И п п
ч ж э ч п п ч юм
дв оины е си стемы: фтор ид н атр ия - фторид алюминия и криолит - глиноз ем, ж , п х п м э ,
э , м м , юм .
В 1929 . «К ж » . Л п м П.П. п ч п юм э ч м
п м, 1930 . м ж п щ п юм , ю юм п м . В 1932 . п п юм В х м юм м м х х п м
э э В х э , 1933 . Д п юм Д п э .
В э ж п п П п п х , Д п п п х .
В 1938 . п э п ю Т х м
п м ж х х . В 1939 .
ж У юм х
. В м В О ч п ющ
п п юм юм х
ч х х : Н (1942 .), Б (1945 .),
К (1950 .), К (1951 .), Н (1954 .)
С м (1955 .). Б п п п п
юм х п , юм п , ю
п : С м ч (1932 .), В хм ч (1933 .), С п м ч м (1944 .), К м -У м ч
(1950 .), К м ч (1955 .), Б м ч (1959 .).
Д юм п м
п х ж э В , х
С В х . Н э ч э э х п
ющ юм : В (1959 .), И
(1962 .), К (1964 .), Б (1966 .), Т ж (1975 .),
С (1985 .), Х (2006 .) Б ч (2015 .). м К м юм м м п К
м ч (1970 .), м ж юм п п п п х.
- 10 -
1.2. МИРОВОЕ ПРОИЗВОДСТВО АЛЮМИНИЯ
1.2 МИРОВОЕ ПРОИЗВОДСТВО АЛЮМИНИЯ
А юм м ч п м ч
1900-х . О ъ м п юм м э
м ющ х э м , , п
50 п ъ м п х х м , м х.
п п ч юм 1900 .
7300 п м ж п ю м (США, Ш , ция, Германия и Великобритания); в 1916 г. - уже 100 тыс. т, в 1937 г. - по-ч 500 . 1941 . п 1 м . м п
юм п ж : ж п м х
- м м э м ч
20-х . ХХ . С 1950 п 1970 . п ч м п ч п юм ( м мп м п
10 %), 1972 . 11,5 м . Ч - п юм ч э м ч 37. Н щ п п п юм м ю ющ
: США, , К , К , Яп , З п Е п - Н , Г м .
п п юм п ч м м
м п . 1.1. С п м м,
ж п юм п м щ п м м
м . Д 1940 . п ч п ъ м п юм
п х Е п , п ющ ,
90-х . ХХ ., ( . 1.2). С х п х м
п юм п м м . С щ п п м , ч Яп К , А А п
5 % щ п юм .
м э м ж п п п ч юм х, ч э ч х м ю . Н м м
м юм п х х.
Д п юм п ч м
п ч юм , п ч м м ч х м х . В Е п п ч юм п
п ч ч ю п п ч юм . П э м п п , м ющ п п п
ч х м , п ю щ ю ю
юм п м .
- 11 -
Глава 1. ПРОИЗВОДСТВО АЛЮМИНИЯ Динамика структуры мирового спроса по видам продукции в 2013-2020 гг. (без учета Китая), млн. тонн Рис. 1.1. Мировое производство первичного алюминия Recycling Share Рис. 1.2. Объем выпуска продукции в РФ в 2020 году - 12 -
1.3. ОСНОВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ПЕРВИЧНОГО АЛЮМИНИЯ
З ч п юм х х,
ющ х ч х ч м п м м х п м
п ю ч , ч юм , ж юм
м м ющ ч .
1.3
ОСНОВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ПЕРВИЧНОГО АЛЮМИНИЯ
Исходный материал
В ч п ч юм п м ю ,
п п м м ж ю Les Baux А ю .
И х п м м ж х ч х
ю п 13 14 м . П ъ м ч м ж м Ц Ам ющ
ч м А А .
Х м ч х юм х п
. 1.1.
А юм ж х юм
А1(ОН)₃ или в в иде м он о оксида А100Н.
Таблица 1.1
Химический состав алюминиевых руд, %
Руда AI2O3 SiO2 Fe2O3
Боксит 1 35-60 1-12 2-30
Нефе лин*2 20-30 40-45 3-10
Ану л ит*3 20-35 35-40 3-5
1 7-30 % вл аги;
*2 . /Л п
10-20 % о кс ид о в к ал ия и н атр ия;
*3 ГЪ Г\ ГЪ Г Л / V»
20-25 % пр очих пр имес ей
Производство оксида алюминия по способу Байера
В ж м п ч юм м ч п Б , XIX . п п ющ
м х ч .
- 13 -
Глава 1. ПРОИЗВОДСТВО АЛЮМИНИЯ
Рис. 1.3 Схема производства глинозема по способу Байера
К п п ж м ю п м щ ч , п м п п м . юм х мп п х п
п мп , ч п ч м ю
п . Сх м п м п п Б п
. 1.3. П х ч х п п ч ю
алюминия А1(ОН)3 - о сно вно е в еще ств о для пр о изв одств а глиноз ем а. По -ч юм м ж п щ п
ющ х :
1) :
А1(ОН)з + NaOH ^ Na[A1(OH)4];
- 14 -