ҰНТАҚТЫ МЕТАЛЛУРГИЯ

Пән: Өнеркәсіп, Өндіріс
Жұмыс түрі: Курстық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 39 бет
Таңдаулыға:

Қазақстан Республикасының білім және ғылым министрлігі

С. Торайғыров атындағы Павлодар мемлекеттік университеті

Металлургия, машина жасау және көлік факультеті

Металлургия кафедрасы

ҰНТАҚТЫ МЕТАЛЛУРГИЯ

пәні бойынша дәріс сабақтарының сүйеніш конспектісі 050709 Металлургия
мамандығының тәлімгерлері үшін

Павлодар
УДК 621. 762 (07)
ББК 34. 39 я 7
К 87

С. Торайғыров атындағы ПМУ ММжК металлургия кафедрасының отырысында
баспадан шығаруға ұсынылды

Пікірсарапшы: т.ғ.к., профессор Сүйіндіков М.М.

Құрастырушы: Құсманова Д.Р.

Ұ 37 Ұнтақты металлургия: дәріс сабақтарының сүйеніш
конспектісі құрастырушы: Құсманова Д.Р. – Павлодар:
С. Торайғыров атындағы Павлодар мемлекеттік университетінің
КЕРЕКУ баспасөзі, 2008. – 43 б.

Дәріс сабақтарының сүйеніш конспектісінде металл ұнтақтарын өндіру
және олардың қасиеттері, ұнтақты алу әдістерін топтастыру, ұнтақты алудың
механикалық әдістері, сұйық металдарды диспергиялау, ұнтақтар қасиеттері
және оларды бақылау әдістері, металл ұнтақтарын пішіндеу туралы негізгі
мағлұматтар берілген.
Дәріс сабақтарының сүйеніш конспектісі 050709 Металлургия
мамандығының элективті пәндер католығы негізінде әзірленді.

УДК 621. 762 (07)
ББК 34. 39 я 7

© Құсманова Д.Р., 2008

Кіріспе

Металл ұнтақтарын, сонымен қатар олардан немесе олардың металл емес
ұнтақтарымен қоспасынан бұйымдарды өндіру ғылым және техника облысын
ұнтақты металлургия деп атайды. Оның маңызды ерекше сипаты ұнтақ тәріздес
күйінде қатты заттармен жұмыс істеу және сәйкес металдың балқу нуктесінен
төмен немесе, егер әртүрлі ұнтақтар қоспасы жағдайында, ең қиын балқитын
компоненттің балқу температурасынан төмен қыздыру (күйежентектеу)
операцияларын өткізу.
Металдарды өңдеу әртүрлі тәсілдерінен ұнтақты металлургия ең ерекше
орын алады, өйткені пішіні мен тағайындалуы әртүрлі бұйымдарды өндіру ғана
емес, сонымен қатар жаңа материалдарды жасауға мүмкіндік береді.
Ұнтақты металлургия құю, қысыммен өңдеу, кесумен өңдеу және де басқа
әдістерімен бақталасады да, оларды толтырады немесе ауыстырады.
Ұнтақты металлургия әдісімен дайындамаларды және бұйымдарды өндірудің
типтік технологиялық схемасы негізгі төрт операциядан тұрады: бастапқы
материалдан ұнтақты алу; одан дайындамаларды пішіндеу және оны
күйежентектеу; ақырғы өңдеу (құрылымын реттеу, колибрлеу, механикалық және
химия - термиялық өңдеулер). Аталған операциялардың әрқайсысы соңғы ұнтақты
бұйымдардың барлық қасиеттерін қалыптасуына маңызды үлес енгізеді.

1 Металл ұнтақтарын өндіру және олардың қасиеттері

1.1 Ұнтақты алу әдістерін топтастыру
Ұнтақты өндіру- ұнтақты металлургия әдісінің бірінші технологялық
операциясы. Ұнтақтарды алу тәсілдері өте әртүрлі, осы жағдай олардың
қасиеттерін кең нең алмастыруды рұқсат етеді. Ұнтақты дайарлау әдісі
маңызды мөлшерде бұйым сапасын және өзқұндылығын анықтайды. Ұнтақты алудың
тәсілдеріне қарай оларды шартты түрде физика–химиялық және механикалық
тәсілдерге бөледі.
Физика- химиялық әдістеріне бастапқы шикіқұрамды терең физ- химиялық
айналдырумен байланыстын ұнтақты өңдеу технологиялық үрдістері жатады.
Нәтижесінде алынатын ұнтақ химиялық құрамы бойынша бастапқы шикіқұрамнан
маңызды ерекшеленеді. Қалпына келтіру әдістері, электролиз және
карбонильдік қосылыстардың термиялық диссоцияциясы негізгі әдістер болып
табылады.
Механикалық әдістер бастапқы материалды ұнтаққа айналдыруын, оның
химиялық құрамының байқалмайтын белгісіз өзгерісін қамтамасыз етеді. Қатты
материалдардың конструкциясы әр түрлі диірмендерде ұнтақталуын және
балқымаларды диспергиялауында қолданылады.

1 Кесте – Металл ұнтақтарды өңдеудің негізгі әдістері
Ұнтақты алу Әдіс сипаттамасы Алынатын
әдістері ұнтақ
1 2 3
Физика химиялық әдістері
Химиялық қалпынаЕң кең тараған және экономдық Темір, мыс,
келтіру: тәсілдердің бірі. Қалпына никель, кобальт,
тотықтар және келтіргіштер ретінде газдар вольфрам,
басқа металдар (сутегі, конвертірленген табиғимолибден, тантал,
қатты қосылыстаргаз және басқа), қатты көміртекноибий, цирконий
(кокс, күй және басқа) және және басқа
металдар (натрий, калий және металдар мен
басқа) тотыққан кендер, олардың
концентраттар, қалдықтар және қорытпалары.
металлургия өндірістің жанама
өнімдері бастапқы шикізат болып
табылады, сонымен қатар
металдардың әр түрлі химиялық
қосылыстар.
Әр түрлі Газ тәрізді қосылыстарды W, Mo, Ni
металдардың газ реактордағы қайнаған реактор
тәрізді немесе плазмада сутектен
қосылыстарды қалпына келтіреді.

1 кестенің жалғасы
1 2 3
Металдардың әр түрліЕң тиімді әдістерінің бірі, Мыс, никель,
қосылыстардың жоғары сапалы металл кобальт, күміс,
ерітінділерін ұнтақтарын алуға мүмкіндік алтын
береді. Қалпына
келтіруші–сутегі немесе
көміртек диоксиді. Бастапқы
шикізат–күкіртқышқыл немесе
металдарға сәйкес тұздардың
аммиакты ерітінділері
Су ертінділердің Катодта электр тоқ әсерімен Мыс, никель,
немесе әр түрлі су ерітінділерінен немесе тұзқорғасын, темір,
металдардың балқымаларынан кез келген Ar, және Zn – су
ерітілген тұздардың металдардың таза ұнтақтарын ерітінділерінен;
электролизі тұнбалайды. ЭлектроэнергияныңTa, Nb, Fe, Th,
жоғары шығыны мен U, Zr, Be, Ti –
электролизердің салыстырмалы балқытылған
төмен өнімділігі үшін орталардан
ұнтақтар құны жоғары
Карбонилдердің түрлі металды CO Fe, Ni, Co, Cr,
диссоциациясы қосуымен қыздыруымен Mo, W, Mn
ыдыратады. Құны жоғары сапалы
дисперстік ұнтақтарды өндіру
үшін өнеркәсіптерде
пайдаланады
Термодиффузиялық Әр түрлі металдардың Жез (латунь
қанықтыру кезектесетін қабаттарын Cu+Zn), Cr
немесе ұнтақтар қоспаларын негізіндегі
олардың белсенді әрекеттесуінқорытпалар,
қамтамасыз ететін жоғары
температураға дейін қыздыру легірленген
болаттар.
Айдау және Контакты алу үшін металды Zn, Mg, Cd және
конденсациялау буландырады және суық бетте булану
буларды конденсациялады. температурасы
Ұнтақта саны көп оксидтер жоғары емес басқа
болады және жұқа дисперсиялықметалдар
болып табылады
Кристалл арасындағы Жинақылық (құйылған) Коррозияға
коррозия материалда химиялық төзімді
буландырғыш көмегімен хром-никельді
кристалл арасындағы болаттар
қабаттарын қиратады
Электроэрозиялық Электроңашалау материал Кез келген
қабатында электрод ұшынан металдар және
металды шаңдату жолымен ұнтаққорытпалар
алынады

1 кестенің жалғасы
1 2 3
Механикалық әдістері
Ұсақтау және Жоңқаны, кесінділерді және жинақылық Fe, Cu, Mg
үгіту материалдарды ұсақтату шарлы, құйынды(латунь, жез),
және балғалы диірмендерде өткізеді, қола, Cr, Al
олардың ПӘК салыстырмалы үлкен емес және болаттар
Шаңдату Балқыған металл ағыншасын механикалықAl, Pb, Zn, Sn,
тәсілімен. (Айналатын лопаси центр Ni, қола, жез,
тепкіш күштер әсері арқылы және шойын, темір,
басқа), немес энергия тасымалдаушы болат, олова –
ағыншасы әсері арқылы дисперсияланадықалайы
Түйіршіктеу Ұнтақ балқыған металды сұйыққа құю Fe, Cu, Ar, Pb,
кезінде пайда болады (мысалы, суға). Sn, Zn
Ірі ұнтақтар алынады
Металдарды Жинақылық (құйылған) металдарды Болат, жез,
кесумен өңдеубілдекті өңдеу кезінде бөлшектер, ал қола, аз
жоңқа емес пайда болуын қамтамасыз кремнилі шойын
ететін кесу режимін таңдайды

1.2 Ұнтақты алудың физика химиялық әдістері

1.2.1 Тотықтар мен тұздарды қалпына келтіру. Жалпы жағдайлар. Ұнтақты
металлургияда қалпына келтірудегеніміз металды алу үрдісін оның химиялық
қосылысынан қалпына келтіруші деп аталатын кейбір зат көмегімен металл емес
құрамдасын (оттегі, тұзды қалдықтар және басқа) айыру жолын ұғады. Қалпына
келтірудің әрбір үрдісі біруақытта тотығу үрдісі болып табылады: бастапқы
химиялық қосылыстан металл емес құрамдасын жоғалтады (қалпына келеді),
қалпына келтіруші онымен әрекеттеседі (тотығады).

Жалпы жағдайда қалпына келтірудің қарапайым реакциясы

(1)

мұндағы Ме – алуға қаланатын кез келген металл;
А – МеА қалпына келтіретін қосылыстың металл емес

құрамдасы;
Х – қалпына келтіруші;
Q – реакцияның жылу эффекті.
Реакция барысында қалпына келтіретін металл және қалпына келтірушімен
қосылысы пайда болу, сонымен қатар алынған металл Ме және пайда болған
қалпына келтіруші ХА қосылысымен әрекеттесу нәтижесінде бастапқы қосылыс
қайта пайда болуын Ме біруақытта болуын тілдер білдіреді. Қалпына келтіруші
ретінде тек қана сол зат болалады, қайссы үрдістің берілген температурасы
кезінде, неғұрлым осы қосылысқа кіретін металл МеА қосылыстын металлемес
құрамдасына үлкен химиялық ұқсастығына ие болады.
Қалпына келтірушілер. Қалпына келтіруші Н2, СО және Н2 мен СО бірге
(генераторлы, табиғи, конвертерленген, сулы, коксты, домналы), кейбір
диссоциацияланған газдар, мысалы, аммиак, қатты көміртек (күйе, кокс,
термоштыб және т.б.) және металдар (Са, Na, Mg) немесе олардың қосылыстары
(карбид немесе кальций гидриды).
Сутегі Н. Табиғатта ең кең тараған және қарапайым элементтерінің бірі.
Сутегі су (11% шамасында), мұнай, табиғи жанар газдардың, өсімдік және
жануар организмдар құрамына кіреді. Оның саны жер шардың жалпы массасынан
1% шамасында болады. Бірақ біздін планетада сутегі еркін күйінде
кездеспейді, осыған байланысты оны өнеркәсіптік алуыдың тиімді тәсілдері
үлкен мағынаға ие болады. Таза сутегінің маңызды көзі ретінде су қызмет
атқарады, оның коры таусылмайды деп саналады.
Ұнтақты металлургия кәсіпорындары меншікті сутегі станцияларында
алынатын сутегімен қолданылады немесе сыйымдылығы 6 м3, 15 МПа дейін
қысылған газ баллондарымен пайдалану орнына дейін жеткізіліп пайданылады.
Сутегінің жоғарғы құны қалпына келтіру мақсаттары үшін оны пайдалануын
маңызды шектейді.
Көміртек тотығы СО. Техникалық көміртек тотығын оттегі үтлеу
қолдануымен аз күкіртікоксты немесе ағаш көмірді газификациялау жолымен
алынады.
Бірнеше өндірістін қалдығы болып табылатын өнеркәсіптік газдарын
химиялық қосылыстарды қалпына келтіру мақсаттары үшін қолдануы
перспективтік мүмкіндік болады.
Диссоцияланған аммиак. Ол сутегінің жақсы алмастырушысы болып
табылады. Азот–сутекті қоспаса газ тәрізді аммиактан ыдырату жолымен
алынады. Аммиакпен жұмыс істеу кезінде қауіпсіздік өлшемдерін сақтау қажет:
сынап монометрлерді немесе қақпақтар мен қолданбайды (аммиак сынаппен бірге
жарылыс қоспасын жасайды).
Co, Fe, Ni, W ұнтақтарын өндеу кезінде қалпына келтіргіш ретінде
диссоцияланған аммиак пайдалынады.
Конвертерленген табиғи газ. Табиғи газдың негізгі құрамдасы метан
(СН4) болып табылады, табиғи газда әдетте 93–98% метан болады (қалғаны –
азот, СО2 (углерод тотығы), әртүрлі көмірсутектер, күкіртті газдар).

1 – кесекті катализатор; 2 – карбофраксты реактор; 3 – өзекше, оның
кеуектрінде никель жайғастырлған

1 Сурет – Конвертерлерген табиғи газды алу үшін пайданылатын пеш

Конверсия үрдісі 900–1100°С кезінде және катализатор қатысуымен метан
мен су буымен әрекеттесуінде реакция бойынша негізделеді

,
(2)

яғни табиғи газдың 1м3 ден 4м3 газ-қалпына келтіруші алынады.
Конвертерленген табиғи газ 8–10 есе сутегіден арзан және оның сапасына
тәуелді темір ұнтағын немесе аз, орташа және легерленген болаттар, темір-
мысты, темір-никельді, темір-вольфрамды, вольфрам-никельді және, темір-мыс-
никельді қорытпалар ұнтақтарын өңдеу кезінде тотықты қалпына келтіру үшін
пайдалынады.
Эндотермиялық және т.б. газдар. Сутекпен салыстырғанда олардың қалпына
келтіру қабілеті төмен, бірақ сутегіден 20 есе арзан. Эндогаз табиғи немесе
басқа көмір сутекті газдарға маңызды жеткіліксіз шарттарда жандыру жолымен
алынады. Табиғи газдан алынатын эндогаздың құрамы: 18–20% СО, 38–40% Н2, СО
1% жоғары емес және 1% CH4 (қалғаны N2). Эндогаз қалдануымен темір, аз–
және орташа көміртекті болаттардың ұнтақтары өндіріледі.
Генераторлы және су газдары. Көміртекті болаттардың ұнтақтарын өңдеу
кезінде қалпына келтіруші ретінде пайдаланылады. Осы газдар қыздырылған
ағаш немесе тас көмірлерімен, коксты ауамен немесе су буларымен әрекеттесу
кезінде пайда болады.

1 – камера; 2 – тоңазытқыш; 3 – ротаметр; 5 – қақпақша; 6 –
газогенератор; 7 – құбырлы сулы тоңазытқыш; 8 – газ үрлегіш; 9 – жапқыш; 10
– гидросұқпа; 11 – қысым өлшегіш

2 Сурет – Эндогаз даярлау үшін қолданылатын құрылғысының технологиялық
сұлбасы

Дамыған металлургиялық өнеркәсіптерінде қалпына келтіру үрдістері үшін
домналы немесе коксты өңдірістік газдарын пайдалану мүмкін. Олар қатты
қалпына келтірушілер ретінде пайдаланбайды, бірақ олар арзан, сонымен
байланысты оларды қолдану экономикалық тиімді деп санайды.
Кокс, термоштыб және ағаш көмірі. Мұнай мен өның өнімдерін, көмірді
кокстау жолымен алынатын кокс күшті қалпына келтіруші болып табылады,
өйткені бастапқы шикіқұрамға және оның өңдеу әдістеріне байланысты
құрамында көмірсутекті түрінде 3% дейін Н2 және 93–98% С болады. Осыдан
басқа кокс құрамына қажетсіз қоспалар кіреді 2–4% S және 0,5–1% күл.
Термоштыб дегеніміз бұл термоантрацитті өңдеу кезіндегі пайда болатын
ұсақ қалдықтар. Құрамына 6–11% күл, 3–3,5% дейін S, 5–6% ұшпалы заттар,
0,5% дейін ылғал (термоштыбты құрғаталғаннан кейін) болады.
Күйе. Қалпына келтіруші ретінде шамды немесе газды күйе пайданылады,
ол толықсыз жану немесе көмірсутектердің термиялық ыдырау өңімдері болып
табылады. Күйе өте жұқа таза қара ұнтақ. Көміртектің жоғары дисперстік
бөлшектерінен тұрады.
Металдар. Химиялық қосылыстарды металдармен қалпына келтіру
металлотермия деп аталады, ол үрдіс – металлотермиялық қалпына келтіру.
Са, Мg, Al, Na, Zr, Be реакциялары арқылы өткізілетін металлотермиялық
қалпына келтіру үрдісін кальциетермиялық, магниетермиялық, алюмотермиялық
және т.с.с. деп атайды.
Металлотермиялық қалпына келтіру реакциялары негізінде экзотермиялық,
яғни жылу бөлуімен өтеді.

2 Кесте – Металл-қалпына келтіруші және олардың қосылыстардың балқу (алымы)
және қайнау (бөлімі) темпаратуралары, °С
Элемент Металл Оксид1 Хлорид Фторид
1 2 3 4 5
Na 97,7914 1000 8001465 9921704
Ca 8511480 2570 7822027 14182507
Mg 6501126 2800 7141418 12622227
Al 6592330 2045 192,4447 10401272
1 Тек қана балқу температурасы келтірілген

Қалпына келтірілген ұнтақтардың технологиясы. Қалпына келтірушілердің
саны көп болғандықтан металл ұнтақтарды әртүрлі әдістерімен алу мүмкіндігі
болады.
Темір. Темір ұнтақтарын дайындау үшін шикізат ретінді тотыққан кендер
және илемделген отқабыршақтар пайдаланылады. Химиялық таза темір тотықтары
өнеркәсіптік өндірістің тәжірибесінде өте сирек пайдаланылады, тек қана
кейбір арнайы материалдарды алу үшін, өйткені осы жағдайда темір ұнтақ өте
қымбат. (мысалы, W–Ni–Fe ауыр қорытпаны алу үшін).
Темір кендерге қалпына келдіру алдында гравитациялық және магниттік
байтуы өткізіледі, бұл SiO2, Al2O3 айыруына мүмкіндік береді.
Кен концентраттары отқабыршақтарындағы ерітілмейтін қалдықтардың
мөлшері бойынша, олардың құрамына кремнезем, кальций және магний тотықтары
кіреді, содан басқа кен концентраттары отқабыршақтардан қымбат, бірақ
концентраттарда күкірт пен марганец тотығы мөлшері аз болады. Отқабыршақ
қайнатылған көміртекті болаттарды илемдеу кезінде пайда болады және (70–75%
темірден құрастырылған) оның көптеген бөлігі тотық түрінде болатын.
Металлургиялық зауыттардың илемдеу цехтарында (отқабыршақ) жиналады, оның
химиялық құрамы ол тиехнологиялық үрдістің қай операциясында өңдеуіне
байланысты.
Легерленген болаттардың отқабыршағы темір ұнтақтарын өңдеу үшін
жарамсыз, өйткені олардың құрамында химиялық берік хром, ванадий, марганец
және басқа металдар тотықтардың мөлшері көп, оларды қалпына келтіру қиын.
Ұнтақты алу үшін бастапқы материалдарда темір тотық түрінде болады:
Fe2O3 – гематит, Fe3O4 – магнетит және FeO – вюстит.
Темір тотықтарын қалпына келтіру әдістерін қолданылатын қалпына
келтіргіші бар агрегаттары бойынша, шикіқұрамы мен оның қалпына келтіру
зонасына әперу әдісі бойынша, газ – қалпына келтіргіштің қысымы мен
үрдістің температурасы бойынша топтастырады.
Мыс, никель, кобальт. Бұл металдар өттегімен аз ұқсастығына ие болады,
осыған байланысты олардың тотықтары Cu2O, CuO, NiO, Co2O3, Co3O4 жеңіл
қалпына келтіріледі. Шикізат ретінде көсетілген таза химиялық қосылыстар
қызмет атқарады немесе сымды, қаңылтырды және сол сияқты өнімдерді илемдеу
кезіндегі отқабыршақтар.
Қалпына келтіруді муфельді немесе құбырлы пештерде сутегімен,
диссоцияланған аммиакпен немесе ковертерленген табиғи газбен өткізеді.
Қалпына келтіру температурасы салыстырмалы төмен: 400–500°С (Cu);
700–750°С (Ni) және 520–570°С (Co). Қалпына келтіру үрдістің ұзақтылығы
бастапқы материалдың тұрақты қабатының қалыңдығына, газ – қалпына келтіруші
ағының жылдамдылығына, (пеш арқылы өтуін) материалдық жылдамдығына,
температураға және т.б. факторларға тәуелді. Ұзақтығы 1–3 сағат.
Қалпына келтіруден кейін пайда болған кемік ұнтаққа жеңіл үгітіледі.
Көрсетілген температурадан жоғары температураларды қолдану қажетсіз; ал
кейде қалпына келтіру өнімдері өтен қатты күйежентелуден мүмкін емес, бұл
оның кейінгі ұсақтауын қиындатады.
Қазіргі уақытта Ni, Cu және Co ұнтақтарын су ерітінділерінде олардың
ерітілген қосылыстарын сутегімен қысым арқылы қалпына келтіру өндірісі кең
тараған. Бастапқы шикізат ретінде кен концентраттары немесе металл өңдеудің
қалдықтары қызмет атқарады. Алынатын металл ұнтақтардың өзіндік құны төмен,
ал сапасы өте жоғары.
Қиын балқитын металдар: вольфрам, молибден, цирконий, тантал және
ниобий, легірленген болаттар және қорытпалар.
1.2.2 Электролиз. Ұнтақтардың электролиттік алуы металдың су
ерітінділерін немесе оның балқытылған тұздары арқылы тұрақты электр тоғын
откізу кезінде ыдырауында негізделеді. Катодта металдың сәйкесінше
иондарының сиректетуі:

.
(3)

Электролиз кезінде қолданылатын тұздар мен қышқыл ерітінділерін
электролит деп атайды, олар өткізушілердің екінші тобына жатады, оларда
электрлендіруі көрсетілген химиялық қосылыстардың молекулалар диссоциациясы
арқылы пайда болатын оң және теріс иондардың қозғалысымен өткізіледі.

3 Сурет – Электролиз сұлбасы

Электрхимиялық айналдыру үрдісі электрод (анод немесе катод) –
ерітінді шекарасында өтеді. Электр ток көзі қозғалту күш ролін атқарады, ол
электртізбектің бір полюсынан екінші полюсына электрондарды жібереді.
Шығарылып алатын металдардың иондар көзі ретінде осы металдан құрастырылған
анод және осы метал ерітіндісінен құрастырылған электролит қызмет атқарады.
Электролиттағы иондар сыртқы электр өрісі болмаған кезінде бей берекет
қозғалады. Электр өрісі пайда болған кезде иондар тәртіп бойынша қозғалады:
оң зарядталған иондар (катиондар) катодқа жақындалады, ал теріс зарядталған
иондар (аниондар) анодқа.
Неғұрлым электродтарға жіберілген кернеу жоғары болса, соғұрлым иондар
жылдамдығы өзгереді.

1.3 Ұнтақты алудың механикалық әдістері
1.3.1 Қатты металдарды ұсақтату. Ұсақтау дегеніміз материалдың
бастапқы өлшемдерін ішкі ілінісу күшін женетін сыртқы күштер әсер ету
жолымен оларды қирату. Үгіту, ұнтақтау немесе үйкелеумен ұсақтау жолдары
қатты заттардыұнтақ тәрізді күйіне айналдыру ең ескі тәсіл болып табылады.
Si, Be, Mn, Sb, Cr, ферроқорытпалар, Al мен Mg қорытпалары сияқты морт
металдар мен қорытпалардың ұнтақтарын өңдеу кезінде механикалық ұсақтатуды
орынды қолдану. Zn, Cu, Al және т.б. тұтқыр илемді металдарды ұнтақтау
қиын, өйткені олар жалпаяды, бірақ қирамайды.
Бастапқы шикі құрам ретінде металдарды кесумен өңдеу кезіндегі пайда
болатын қалдықтарды қолдану ең үнемді тиімділік жетеді.
Қопал үгу үшін жақты, білікті және конусты диірмендер пайданылады.
Қопал үгу өнімдерін өлшемдері 1–10 мм дейін болады және қажетті металл
ұнтақтарын өндеуін қамтамасыз ететін жұқа ұсақтату үшін бастапқы материалы
болып табылады. Келесі ұсақтату үшін бастапқы материал ретінде бұрғылап
тесу, фрезерлеу, қайрау және басқа металл өңдеу операциялар кезінде
алынатын жонқа бастапқы шикіқұрам қызметін атқарады.

а – сырғанау режимі; б – домалау режимі; в – еркін түсу режимі; г –
айналу жылдамдығы критикалыққа тең немесе одан да көп жағдайдағы қозғалыс

4 Сурет – Шарлы айналмалы диірмендердегі үгуту денелердің қозғалу
сұлбасы

Ірі кейде ұсақ бастапқы материалдың ақырғы ұнтақтауы шарлы айналдыру,
дірілдеу немесе планетарлы центрден тепкіш, құйынды және балғалы
диірмендерінде өткезіледі.
Шарлы айналдыру диірмен салыстырмалы ұсақ ұнтақтарды (бөлшектердің
өлшемдері микрометрдің бірнеше оннан ондықтарына дейін) алу үшінарналған ең
қарапайым аппарат болып табылады.
Айналатын металл цилиндрлік барабанға үгіткіш денелерді (жие болатты
немесе қатты балқытылған шарлар) және ұсақтатылатын материал тиеледі.
Барабан айналу кезінде үгіткіш денелер оның қабырғаларымен үйкелісіп кейбір
биіктікке көтеріледі.
Үгітудің бірнеше режимі болуы мүмкін: сырғанау, домалату, еркін тісу,
айналу жылдамдығы критикалық жылдамдығына тең немесе одан да жоғары кездегі
қозғалыс.
Барабанның айналу жиілігі жоғарлау кезінде центр тепкіш күші үлкеюі
мүмкін, сол кезде үгіткіш денелер диірменмен бірге айналады және материал
ұсақтатылуы аяқталады. Диірмен барабанының айналу жиілігі критикалық деп
аталады

, мин-1,
(4)

мұндағы D – диірмен барабанынының ішкі диаметрі, м.
Үгіткіш денелердің домалауы немесе сырғанауы шарлы диірмендің
барабанының толтыруына байланысты.

1 – барабан; 2 – тиеу люгы; 3 – футеровка; 4 – салқындату қабаты; 5 –
тісті беріліс; 6 – тербеліс тіректері; 7 – редуктор; 8 – муфта; 9 –
электрқозғалтқыш

5 Сурет – Қиын балқитын қоспаларды дайындау үшін арналған барабанды
диірмен

Диірмендегі шарлардың үгіту немесе ұнтақтау әсерлерінің қатынасы
маңызды мөлшерде барабан диаметірінің D оның ұзындығына L қатынасымен
анықталады.
Егер D : L ( 3 - үгіту болады, егер D : L (3 – ұнтақтау.

а, в – цапфа арқылы ортадан тиеу; б – диафрагма арқылы жанынан тиеу; г
– цилиндрлік конус тәріздес; д – елеуіштер арқылы тиеу

6 Сурет – Шарлы айналмалы диірмендердің түрлері

Сонымен қатар ұсақтату үрдісіне маңызды әсерін ұнтақтау денелердің
жалпы массасы тигізеді.

1 – электрқозғалтқыш; 2 – қоршауы бар серпімді қосу муфтасы; 3 – болат
корпус; 4 – тиеу люгы; 5 – дірілдеткіш; 6 – спираль серіппелер; 7 – тіреу
рамасы

7 Сурет – Инерция түрлі дірілдеу диірменнің сұлбасы

Диірмен барабанының 1 л көлеміне 1,7 – 2 кг болатты ұнтақтау денелер
оптималды болып саналады.
Морт материалды ұсақтату жағдайларында ұнтақтау үрдісінің қарқынын
күшейту үшін, оны сұйық ортада өткізеді. Бүл орта материал диірменнің
барабан көлемінде шандатуына және пайда болған жұқа бөлшектері қайта
жапсырылуына кедергі жасайды. Осыдан басқа сұйық микросызаттарға өтіп
капилярлы қысымды жасайды, бүл да ұсақтатуына көмектеседі. Ұнтақтау
кезіндегі диірмен барбанына тиелген ұсақтатылатын материалдың 1 кг сұйық
мөлшері 0,4 л құрайды.

1 – барабандар; 2 – подшипниктер; 3 – қозғалтқыш; 4 – резеңкелі
білікшелер; 5 – тұғыр

8 Сурет – Білікті диірмен

Ұнтақтау ұзақтылығы бірнеше сағаттан бірнеше тәуелділіктерге дейін
болады. Барабанның қабырғалары тез тозуын және үгітілетін материал
нәтижесінде кірлеуін ескерту үшін диірменнің ішкі беттерін тозуға төзімді
материалдармен – марганецті болаттармен, қатты қорытпалармен, балқытып
қаптастырылатын материалдарымен қаптайды.

1 – жұмыс камерасы; 2 – пропеллерлер; 3 – бункер; 4 – сорап; 5 –
қабылдау камерасы; 6 – тұнбалау камерасы

9 Сурет – Құйынды диірменнің сұлбасы

Ұнтақты металлургияда тәжірибеде көп жағдайларда кезекті тиеу және
түсірумен шарлы диірмендер қолданылады. Олардың барабан айналуы тікелей
электр қозғалтқыштан немесе оны біліктерге орнату жолымен өткізіледі.
Қарастырылған шарлы диірмендер үшін ұсақтату алдында және ұсақтату кейін
ұнтақ бөлшектерінің орташа өлшемдерінің қатынасы ұсақтату дәрежесі деп
аталатын 50-100 бірлік құрайды. Жұқа ұсақтату шарлы дірілдеу диірмендерінде
өткізіледі. Үгіткіш денелер ұсақтатылатын материалдарға импульстік, жоғары
жиілікті әсер етеді, оны жие, бірақ әлсіз соққылармен ұсақтатады.

а – жылдам айналып тұратын контейнерден (тигльден) центр тепкіш
шашыратумен балқыманы қысып шығару; б – қысылған газбен шашырату; в – сумен
шашырату; 1 – металлы бар шөміш; 2 – су берулуін реттейтін құрылғы; 3 –
корпус; 4 – айналмалы диск; 5 – беріліс; 6 – су; 7 – ұнтақ жинағыш

10 Сурет – Балқыманы диспергиялаудың кейбір сұлбалары

Дірілдеу диірмендерді шарлы диірмендермен салыстырғанда үгіту
тиімділігі жоғары.қиын әлсіз материалдарды сақтату үшін планетарлы центр
тепкіш диірмендер кең қолданылады, үгіткіш денелер ретінде шарлар
пайданылады. Илемдеу материалды құйынды диірмендерде ұсақтатады, оларда
ұсақтатылатын материалдың бөлшектері бір біріне соғылып
үгітіледі.ұсақтатылатын материал (сым кесінділері, жоңқа және т.б.)
бункерге тиеледі, одан ол жұмыс камерасына түседі де үгітіледі. Жұмыс
камерасына насоспен ауа немесе басқа газ жіберіледі, осы газ немесе ауа
көмегімен ұсақтатылған бөлшектер. Диірменнің жұмыс кеністігінен алынады
және қабылдау камерасына бағытталады.
Ең тиімді және өнімді ағынды диірмендер, оларда материал ұсақтатылуы
бөлшектерге қысылған газдың ағыны жіберетін энергиясы арқылы өтеді.
Ұсақтатылуы тек қана жұмыс камерасына өтетін құйынды қозғалыс кезіндегі
көпретті соққы нәтижесінде өтеді.
Алынатын ұнтақтын бөлшектерінің өлшемдері 1–5 мкм. Ағынды диірмендерде
әртүрлі қоспалармен ұнтақтың кірленуі мүмкін емес. Ағынды диірменнің әрекет
принципі құйынды диірмен жұмысына сәйкес.
1.3.2 Сұйық металдарды диспергиялау. Балқыманы шашырату – Al, Fe,
болаттар, Cu, Zn, Pb, Ni және басқа металдар мен қорытпаларының ұнтақтарын
өңдеуі қарапайым және арзан технологиялық үрдісі болып табылады. Балқыған
металды немесе қорытпаны ұсақтату мәні қысымы жоғары энергия
тасымалдағышпен шашырату немесе механикалық жолымен немесе (түйіршіктеу) –
балқыма ағынын сұйық ортаға құюнда турады.

а – балқыма ағынын өсімен бірдей; б – балқыма ағынына өткір бұрыш
арқылы беріледі; в – балқыма ағынына тік бұрыш арқылы беріледі; 1 – газ
ағыны; 2 – балқыма ағыны; 3 – форсунка; 4 – салқындату үшін арналған жолай
ағын; 5 – балқыма ағынының араласу аймағы; 6 – балқыманы шашырату аймағы; 7
– бөлшектерді пішіндеу аймағы; 8 – бөлшектерді суыту және кристалдандыру
аймағы

11 Сурет – Газ ағыны көмегімен балқыма ағынын шашырату сұлбасы

Балқыманы газ ағынымен (ауамен, буауалы қоспасымен, азотпен, аргонмен
және басқа) шашырату ең кең тараған, осы үшін екі түрлі құрылғылар
қолданылады: балқыту пешінің ваннасынан балқыманы тікелей форсункалы
құрылғысына әперуімен (металл мен қорытпалардың балқу температурасы 700(С
дейін) немесе аралық қыздырылатын металлқабылдағыш арқылы (балқу
температурасы 1600(С дейін). Ең кең тарған екінші схема.
Газ ағындары қиылысу орны шашырату фокусы деп аталады.

1.4 Ұнтақтар қасиеттері және оларды бақылау әдістері
Металл ұнтақтары химиялық, физикалық және техникалық қасиеттерімен
сипатталады.
Ұнтақтардың ең маңызды негізгі сипаттамалары мемлекеттік стандарттарда
(МЕСТ) немесе техникалық шарттарында (ТШ) көрсетіледі.
1.4.1 Химиялық қасиеттері. Ұнтақтан материалдар мен бұйымдарды даярлау
жарамдылығын бағалау кезінде ең бастысы негізгі металл, қоспалар, әртүрлі
механикалық ласталар мен газдар мөлшерлерімен танысу.
Ұнтақтың химиялық құрамы оны өңдіру әдістеріне және бастапқы
материалдың тазалық дәрежесіне тәуелді. Негізгі металл мөлшері немесе
қорытпаның негізгі компоненттер суммасы ұнтақтарда 98–99% төмен болмайды.
Кейбір жағдайларда ерекше қасиеттерімен бұйымдарды жасау кезінде таз
металды ұнтақтар қолданылады. Ұнтақтардағы рұқсатты қоспалар мөлшері дайын
бұйымдағы мөлшерімен анықталады. Ұнтақтың маңызды химиялық ерекшеліктері
ретінде олардың ұлы иісі мен пирофорлығы болып табылады. Барлық ұнтақ
тәрізді металдар жұмыс істеу кезінде адам ағзасына зиян келтіреді, бірақ
жинақылық күйінде көп металдар зиян келтірмейді. Пирофорлығы, яғни ұнтақтың
ауамен әрекеттесу кезінде өздігінен жану қабілеті, ұнтақтын жануына және
жарылысқа келтіреді. Zn, Al, Mg, Fe, Co өте ұсақ ұнтақтарына жатады. Осыған
байланысты металл ұнтақтарымен жұмыс істеу кезінде міндетті түрде арнайы
қауіпсіздік шараларын сақтау қажет.
1.4.2 Физикалық қасиеттері. Бөлшектер пішіні. Алу әдісіне байланысты
ұнтақөтың пішіні сфералық (шашырату), кемік түрлі (қалпына келтіру), сынық
(шарлы диірменде ұсақтату), дендритті (электролиз), тарелка тәрізді
(құйынды диірмендерде ұсақтату), тамшы тәрізді (шашрату), болуы мүмкін.
Бөлшектердің бастапқы пішіні ұнтақты келесі өңдеу кезінде неғұрлым өзгеруі
мүмкін (ұнтақтау, күйдіру, түйіршіктеу және т.б.). Бөлшек пішінін анықтау
үшін оптикалық және электронды микроскоптар қолданылады. Бөлшектер пішіні
ұнтақтың техникалық қасиеттеріне, сонымен қатар одан жасалынған
дайындамаларының тығыздық, беріктік және біртекті қасиеттеріне маңызды әсер
етеді.

а – айналмалы электрод әдісі; б – балқыманы айналмалы дискке құю

12 Сурет – Балқыманы центр тепкіш шашырату сұлбасы

Бөлшектер өлшемі. Металл ұнтақтары өзімен өлшемдері микрометр үлесінен
бастап миллиметрге дейін бөлшектер жиынтығын құрайды. Тәжірибеде ешқашан
өлшемдері біркелкі металл ұнтақтарының бөлшектері кездеспейді. өлшемдері
бойынша ең кең диапазонынаэлектролиз және қалпына келтіру жолымен алынған
ұнтақтар ие болады. Ұнтақтардың жалпы мөлшеріне қатысуы бойынша нақты
фрақцияларындағы бөлшектер массасының сапалық мөлшерін ұнтақтың
гранулометриялық құрамы деп атайды
Ұнтақ фракциясы дегеніміз – бұл бөлшектер өлшемдерінің үстінгі мен
астынғы мәні арасындағы диапазоны. Бөлшектер ірілігі бойынша ұнтақтардың
гранулометриялық құрамын анықтау үшін електі, микроскопиялық,
седиментациялық және талдаудың басқа түрлерін қолданылады.
Меншікті беті. Ұнтақтың меншікті беті өзімен көлем немесе масса
бірлігіндегі барлық бөлшектерінің сыртқы бетінің суммасын құрайды. Меншікті
бет ең маңызды сипаттама болып табылады, өткені пшіндеу және күйежентектеу
кезінде ұнтақ тәртібіне әсер етеді. Ол бөлшектер өлшемдері мен пішініне,
сонымен қатар ұнтақты алу шарттарымен анықталатын, олардың беттерінің
“тегістік” дәрежесіне тәуелді.
Микроқаттылығы. Ұнтақ бөлшектерінің микроқаттылығын оның деформацияға
қабілеттілігі сипаттайды, бұл пішіндеу кезінде ұнтақтың мүмкінді тәртібін
бағалау үшін маңызды. Ол көп дәрежеде ұнтақ бөлшектеріндегі әртүрлі
қоспалары мен кристалл торыны бұрмалауына тәуелді.

а – шұңқыр; б – волюмометр; 1 – штатив; 2 – шұңқыр; 3 – сыйымдылығы 25
см3 стакан; 4 – үлкен қабылдау шұңқыры; 5 – кіші шұңқыр; 6 – алмалы қақпақ;
7 – корпустың тіреу қабырғасы; 8 – корпустың шешіп алынатын қабырғасы; 9 –
реттегіш шұңқыр; 10 – сыйымдылығы 25 см3 стакан

13 Сурет – Ұнтақтың себу тығыздығын анықтау үшін арналған құрылғы

Тығыздық. Пикнометриялық (, гсм3 деп аталатын ұнтақ бөлшектерінің
нақты тығыздығы әрқашанда ұнтақтың теориялық тығыздығынан ерекшеленеді. Бұл
ұнтақ бөлшектеріндегі қоспаларымен, ақуларыменжәне басқа себептерімен
түсіндіріледі.
1.4.3 Технологиялық қасиеттері. Себу тығыздығы және сілку тығыздығы.
Себу тығыздығы, бұл ұнтақтың көлемді сипаттамасы және өзімен еркін себу
кезіндегі оның көлемінің бірлік массасын құрайды.
Себу тығыздығына кері мөлшерін себу көлемі деп атайды. Себу көлемі бұл
еркін себу кезіндегі ұнтақ массасының бірлігі алатын көлем.
Сілку тығыздығы ұғымы еркін себілген ұнтақ алатын көлемнің 20–50%
дейін байқалатын азаюымен байланысты, оған механикалық дірілді тербеліс
әсер ету кезінде.
Ұнтақ массасының осы жаңа азайтылған көлемінің мөлшеріне қатынасы
сілку тығыздығы деп аталады. Сілку үрдісінде ұнтақ көлемі өзгеруі
тоқтағаннан кейін оны тұра өлшемді цилиндрде бекітіп, ұнтақтын анықты
массасын осы көлемнің мөлшеріне бөледі. Ұнтақ бетіндегі кедыр–бұдырлығы
минималды болған кезде және де бөлшектерінің пішіні сфера тәріздес болған
жағдайда максималды сілку тығыздығына жету мүмкін.
1.4.2 Физикалық қасиеттері. Бөлшектер пішіні. Алу әдісіне байланысты
ұнтақөтың пішіні сфералық (шашырату), кемік түрлі (қалпына келтіру), сынық
(шарлы диірменде ұсақтату), дендритті (электролиз), тарелка тәрізді
(құйынды диірмендерде ұсақтату), тамшы тәрізді (шашрату), болуы мүмкін.
Бөлшектердің бастапқы пішіні ұнтақты келесі өңдеу кезінде неғұрлым өзгеруі
мүмкін (ұнтақтау, күйдіру, түйіршіктеу және т.б.). Бөлшек пішінін анықтау
үшін оптикалық және электронды микроскоптар қолданылады. Бөлшектер пішіні
ұнтақтың техникалық қасиеттеріне, сонымен қатар одан жасалынған
дайындамаларының тығыздық, беріктік және біртекті қасиеттеріне маңызды әсер
етеді.
Аққыштығы. Ұнтақтың аққыштығы оның белгілі жылдамдығымен тесіктерден
ағу қабілеттілігін атайды.

14 Сурет – Аққыштығын анықтау үшін арналған шұңқыр

2 Металл ұнтақтарын пішіндеу

Пішіндеу бұл технологиялық опреация, оның нәтижесінде металл ұнтақтары
ұнтақ пішінін құрайды, яғни берілген пішініне, өлшемдеріне және тығыздығына
ие болатын дене.

2.1 Ұнтақтарды дайындау
2.1.1 Жұмсарту. Жұмсарту ұнтақтардың илемділігін және баспалауын
жоғарлату үшін қолданылады.
Жұмсартуға жие механикалық ұсақтатылуымен, электролизбен алынған
ұнтақтарды ұсыратады. Әртүрлі қопаланған ұнтақтарды тазарту мақсатымен
жұмсартуды қоспасы бар атмосферада өткізеді.
2.1.2 Топтастыру. Топтастыру дегеніміз бұл ұнтақтарды бөлшектер
өлшемдері бойынша фракцияларға бөлінуі. Алынатын ұнтақ фракцияларының
кейбірі келесі пайдалануына жарамсыз болады және қосымша өңдеуді талап
етеді (іріктеу). Електік торһптастыру ең кең тараған. Бөлшектерінің
өлшемдері 40 – 50 мкм фракциялары ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.