Получение Fe порошков размолом в мельницах

13

Министерство образования и науки Украины

Запорожская Государственная Инженерная Академия

Кафедра «Металлургия цветных металлов»

Контрольная работа по курсу

«Теория и технология порошковой металлургии»

Тема: «Получение Fe порошков размолом в мельницах»

Группа: МЧ - 04 - 3з

Выполнил: Бруня А. Ю.

Проверил: доцент кафедры Скачков В. А.

Запорожье 2009г.

Содержание.

1. Введение……………………………………………………….……..3

2. Производство металлических порошков………………………….7

3. Список используемой литературы…………………………….….13

1.ВВЕДЕНИЕ

Порошковой металлургией называют область науки и техники, охватывающую производство металлических порошков, а также изделий из них или их смесей с неметаллическими порошками. Ее важными отличительными чертами являются получение веществ в порошкообразном состоянии и проведение операции нагрева (спекания) заготовок из порошков при температуре ниже точки плавления соответствующего металла или, в случае смеси разнородных порошков, ниже температуры плавления наименее тугоплавкого компонента основы. Таким образом, последовательное осуществление в едином цикле операций получения порошка и превращения его в изделие составляет суть порошковой металлургии.

Среди имеющихся разнообразных способов обработки металлов порошковая металлургия занимает свое особое место, так как позволяет не только производить изделия различных форм и назначений, но и создавать принципиально новые материалы, получить которые иным путем крайне трудно или вообще невозможно.

Порошковая металлургия успешно конкурирует с литьем, обработкой давлением, резанием и другими методами, дополняя или заменяя их. Являясь одной из молодых отраслей современной техники, порошковая металлургия одновременно есть и древнейший способ производства металлов и изделий из них. Порошки золота, меди и бронзы применяли как краски и использовали для декоративных целей в керамике и живописи, а также для украшения лица во все известные нам времена. Некоторые древнейшие рукописи были раскрашены золотом. Найденные при раскопках многие из орудий египтян изготовлены из железа и относятся к 3000 г. до н.э., а знаменитый памятник Индии -- колонна в г. Дели, выполнена из очень чистого железа. Она весит около 6,5 т, имеет высоту 7,3 м при диаметре у основания 0,42 м и относится к 415г.

Однако известно, что до начала XIX века не было способов получения высоких температур для плавления чистого железа. Предметы из железа были изготовлены так называемым кричным методом. Сначала в горнах при температуре ~1000°С восстановлением окисленной железной руды углем получали крицу (губку), которую затем многократно проковывали в нагретом состоянии, заканчивая процесс нагревом изделия в горне (для уменьшения пористости). На территории нашей страны железо впервые получено из руд в 1400 г. до н. э. Исследования советских археологов показали, что в Киевской Руси из крицы производили различные предметы -- оружие, изделия бытового назначения и др.

С появлением доменного передела от проковки крицы отказались и о порошковой металлургии временно забыли примерно на 400 лет.

Заслуга возрождения древних приемов обработки металлов и объединения их в особый технологический метод -- порошковую металлургию -- принадлежит русскому ученому Петру Григорьевичу Соболевскому (1782--1841), которому в работе помогал химик Василий Васильевич Любарский (1795--1854). В 1826--1827 гг. была разработана технология изделий из платинового порошка (монеты, тигли и др.), промышленный выпуск которых опередил работу англичанина Волластана, предложившего в 1828 г. аналогичный способ получения компактной платины.

Развитие печной техники, сделавшее возможным достижение высоких температур, привело к освоению производства платиновых изделий литьем, в связи с чем к середине прошлого века о порошковой металлургии снова забыли и вспомнили лишь через 50 лет, когда бурное развитие электротехники потребовало материалов (таких как проволока из тугоплавких металлов, медно-графитовые щетки и т. п.), которые нельзя было изготовить обычными, известными в то время методами. Затем появились разнообразные изделия из порошков: самосмазывающиеся подшипники, твердые сплавы для обработки высокопрочных новых материалов, магнитные материалы и т. д. Сейчас трудно назвать область современной техники, где бы ни применялись методы порошковой металлургии для изготовления изделий или сами порошковые изделия.

Освоение технологии различных порошков дало толчок развитию работ в области производства из них материалов и изделий конструкционного назначения. Помимо технологических разработок были проведены обширные исследования в области создания научных основ порошкового металловедения и порошковой металлургии в целом.

Типовая технологическая схема производства заготовок и изделий методом порошковой металлургии включает четыре основные операции:

1) получение порошка исходного материала,

2) формование заготовки из него

3) спекание ее,

4) окончательную обработку (регулирование структуры, калибрование, механическую и химико-термическую обработки). Каждая из указанных операций вносит свой важный вклад в формирование всех свойств конечных порошковых изделий. Возможные отклонения от приведенной типовой технологической схемы могут выражаться в совмещении операций формования и спекания при горячем прессовании, в спекании свободно насыпанного порошка (при отсутствии формования заготовки из порошка), в отсутствие какой-либо обработки после спекания и др.

Совокупность основных технологических операций позволяет решать с помощью порошковой металлургии две важнейшие задачи:

1) изготовление материалов и изделий с особыми составами, структурами и свойствами, которые недостижимы другими методами производства; примером могут служить порошковые материалы и изделия пористые (антифрикционные, фрикционные, фильтры и др.), высокотемпературные тугоплавкие металлы, дисперсно-упрочненные, волокнистые материалы и др.), инструментальные (твердые сплавы, сверхтвердые материалы и др.) и пр.;

2) изготовление материалов и изделий с обычными составами, структурами и свойствами, но при значительно более выгодных экономических показателях их производства.

2.ПРОИЗВОДСТВО МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОРОШКОВ

Производство порошка - первая технологическая операция метода порошковой металлургии. Способы получения порошков весьма разнообразны, что позволяет широко варьировать их свойства. Это, в свою очередь, делает возможным придание изделиям из порошка требуемых физических, механических и других специальных свойств. Кроме того, метод изготовления порошка в значительной мере определяет его качество и себестоимость.

Способы получения порошков делятся на механические и физико-химические.

Механические методы обеспечивают превращение исходного материала в порошок без заметного изменения его химического состава. Чаще всего используют измельчение твердых материалов в мельницах различных конструкций и диспергирование расплавов.

К физико-химическим методам относят технологические процессы производства порошков, связанные с физико-химическими превращениями исходного сырья. В результате получаемый порошок по химическому составу существенно отличается от исходного материала.

Механические методы получения порошков.

К основным механическим методам получения порошков относятся:

1. Дробление и размол твердых материалов.

Измельчение стружки, обрезков и компактных материалов проводят в шаровых, вихревых, молотковых и других мельницах, к.п.д. которых сравнительно невелик. Получают порошки Fe, Cu, Mn, латуни, бронзы, хрома, алюминия, сталей.

2. Диспергирование расплава.

Струю расплавленного металла диспергируют механическим способом (воздействием центробежных сил и др.) или действуя на нее потоком энергоносителя (газа или жидкости). Получают порошки алюминия, свинца, цинка, бронзы, латуни, железа, чугуна, стали.

3. Грануляция расплава.

Порошок образуется при сливании расплавленного металла в жидкость (например, в воду). Получают крупные порошки железа, меди, свинца, олова, цинка.

4. Обработка твердых (компактных) металлов резанием.

При станочной обработке литых металлов или сплавов подбирают такой режим резания, который обеспечивает образование частиц, а не стружки. Получают порошки стали, латуни, бронзы, магния.

Механическое измельчение компактных металлов широко распространено в порошковой металлургии. Измельчение может быть дроблением, размолом, истиранием. Наиболее целесообразно применять механическое измельчение при производстве порошков хрупких металлов и сплавов, таких как Si, Be, Cr, Mn, сплавы Al с Mg и др. Размол вязких пластичных металлов (Zn, Al, Cu) затруднен, так как они в основном расплющиваются, а не разрушаются.

При измельчении комбинируют раздавливание и удар (при получении крупных частиц) и истирание и удар (при тонком измельчении). При дроблении затрачиваемая энергия расходуется на упругую и пластическую деформацию, на теплоту и на образование новых поверхностей. При дроблении под действием внешних сил в наиболее слабых местах тела образуются замкнутые или начинающиеся у поверхности трещины. Разрушение наблюдается тогда, когда трещины пересекают твердое тело по всему его сечению в одном или нескольких направлениях. В момент разрушения напряжения в деформирующемся теле превышают некоторое предельное значение (предел прочности материала).

Среди методов измельчения твердых материалов наибольшее распространение получили обработка металлов резанием с образованием мелкой стружки или опилок, измельчение металла в шаровых, вихревых, молотковых и других мельницах, ультразвуковое диспергирование.

В качестве примера рассмотрим размол в шаровых мельницах.

Рисунок 2 - Схема шаровой мельницы.

Простейший аппарат для измельчения дробленых твердых материалов - шаровая вращающийся мельница, которая представляет собой металлический цилиндрический барабан (Рисунок 2). Внутри барабана находятся размольные тела полиэдрической или округлой формы, чаще всего стальные или твердосплавные шары. При вращении мельницы размольные тела поднимаются на некоторую высоту в направлении вращения, затем падают или скатываются и измельчают материал, истирая его и раздрабливая. Соотношение между дробящим и истирающим действием размольных тел в мельнице зависит от отношения диаметра цилиндра D к длине цилиндра L при одинаковом объеме. При D:L>3 преобладает дробящее действие размольных тел (полезно для измельчения хрупких тел), при D:L<3 - истирающее действие (более эффективное для измельчения пластичных материалов).

На интенсивность и механизм размола оказывают сильное влияние скорость вращения барабана мельницы, число и размер размольных тел, масса измельчаемого материала, продолжительность и среда размола. С увеличением скорости вращения барабана мельницы размольные тела падают с большей высоты, производя главным образом дробящее действие. При дальнейшем увеличении скорости вращения барабана размольные тела будут вращаться с барабаном, и материал будет измельчаться незначительно. Эту скорость называют критической скоростью вращения.

На процесс измельчения большое влияние оказывает масса шаров и ее отношение к массе измельчаемого материала. Обычно в мельницу загружают 1,7-1,9 кг стальных шаров на 1 л. объема. При этом коэффициент заполнения ? барабана мельницы является оптимальным, и составляет 0,4 - 0,5. При больших значениях ? шары сталкиваются друг с другом, теряя энергию, и не производят достаточно эффективного измельчающего действия, а при меньшей загрузке шаров резко снижается производительность измельчающего устройства.

Количество (масса) загружаемого для размола материала должно быть таким, чтобы после начала измельчения его объем не превышал объема пустот (зазоров) между размольными телами. Если материала будет больше, то часть его, не вмещающаяся в зазоры, измельчается менее интенсивно. Обычно соотношение между массой размольных тел и массой измельчаемого материала составляет 2,5 - 3. При интенсивном измельчении это соотношение увеличивается до 6 - 12 и даже больше.

Размер размольных тел (диаметр шаров) также оказывает влияние на процесс размола. Размер размольных тел должно быть в пределах 5 - 6% внутреннего диаметра барабана мельницы. Лучше применять набор размольных тел по размерам (например, при соотношении 4:2:1).

Для интенсификации процесса размола его проводят в жидкой среде, что препятствует распылению материала. Кроме того, проникая в микротрещины частиц, жидкость создает большое капиллярное давление, способствуя измельчению. Жидкость также уменьшает трение, как между размольными телами, так и между частицами обрабатываемого материала. Жидкой средой обычно служат спирт, ацетон, вода, некоторые углеводороды и пр. Длительность размола составляет от нескольких часов до нескольких суток.

Для шаровых вращающихся мельниц соотношение средних размеров частиц порошка до и после измельчения, называемое степенью измельчения, составляет 50 - 100. Форма частиц, получаемая в результате размола в шаровых вращающихся мельницах, обычно осколочная, т.е. неправильная, с острыми гранями, а шероховатость их поверхности невелика.

Возможны несколько режимов измельчения. Наконец, может быть создан еще один вариант режима размола, получивший название режима скольжения. При использовании мельниц с гладкой внутренней поверхностью барабана и при небольшой относительной загрузке размольные тела не циркулируют внутри барабана мельницы. Вся их масса скользит по поверхности вращающегося барабана и их взаимное перемещение почти отсутствует. Этот режим называют режимом скольжения. Измельчение материала при таком режиме размола малоэффективно, так как происходит путем истирания его лишь между внешней поверхностью размольных тел и стенкой барабана мельницы. При получении измельченных материалов с размером частиц порядка 1 мкм размол путем дробления падающими шарами становится малоэффективным.

В таких случаях применяют режим перекатывания шаров, при котором они не падают, а поднимаются вместе со стенкой вращающегося барабана мельницы и затем скатываются по наклонной поверхности, образованной их массой. Измельчаемый материал истирается между шарами, циркулирующими в объеме, занимаемом их массой. При режиме перекатывания различимы четыре зоны движения шаров: зона их подъема по стенке барабана с некоторой не очень высокой скоростью, зона скатывания с наибольшей скоростью, зона встречи скатившихся шаров со стенкой барабана и центральная застойная зона, в которой шары почти неподвижны. Увеличивая скорость вращения барабана мельницы, можно повысить эффективность режима перекатывания путем сужения или полной ликвидации застойной зоны в шаровой загрузке.

Наличие перекатывания или скольжения размольных тел при вращении барабана мельницы зависит (при прочих равных условиях) от относительной загрузки ?. При загрузке большого числа шаров (или размольных тел другой формы, но обязательно полиэдрической) происходит перекатывание, а при малой загрузке -- скольжение. Изменяя величину загрузки мельницы размольными телами, можно получать в одних случаях режим перекатывания, а в других -- режим скольжения, причем в зависимости от устанавливающегося режима эффективность размола будет различной.

Кроме вращающихся мельниц используют также вибрационные, планетарные, центробежные и гироскопические мельницы (вращаются относительно горизонтальных и вертикальных осей), мельницы с магнитно-индукционным вращателем (для ферримагнитных материалов), вихревые мельницы (измельчение за счет создания вихревых потоков, создаваемых двумя пропеллерами, расположенных друг против друга), молотковые мельницы (используется молот для дробления губчатых материалов).

Список используемой литературы:

1. Бальшин М.Ю., Кипарисов С.С. Металлургия; М. 1978

2. Раковский B.C., Саклинский В.В. Порошковая металлургия в машиностроении. Машиностроение; М. 1973

3. Либенсон Г.А. Основы порошковой металлургии. Металлургия; М. 1975

4. Федорченко И.М., Андриевский Р.А. Основы порошковой металлургии; К. 1961