Разработка технологии производства титановых слитков из сплава 6Al4V. Годовая программа 18 000 тонн.

Добрый день! Уважаемые студенты, Вашему вниманию представляется курсовая работа на тему: «Разработка технологии производства титановых слитков из сплава 6Al4V. Годовая программа 18 000 тонн.»

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1.ХАРАКТЕРИСТИКА УЧАСТКА
1.1 Анализ технологического процесса
1.2 Определение производственной программы
1.3 Разработка технологического процесса (+ схема)
1.4 Характеристика сплава
1.5 Выбор режима и определение фонда времени
2. Расчетная часть
2.1 Расчет шихты сплава
2.2 Расчет баланса металла
2.3 Расчет кристаллизатора
2.4. Расчет количества основного оборудования
2.5 Расчет количества вспомогательного оборудования
3. ОХРАНА ТРУДА НА УЧАСТКЕ
3.1 Мероприятия по технике безопасности
3.2 Мероприятия по противопожарной защите
3.3 Мероприятия по охране окружающей среды
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ВВЕДЕНИЕ
Открытие диоксида титана (TiO2) сделали практически одновременно и независимо друг от друга англичанин У. Грегор и немецкий химик М. Г. Клапрот. У. Грегор, исследуя состав магнитного железистого песка (Крид, Корнуолл, Англия, 1791), выделил новую «землю» (оксид) неизвестного металла, которую назвал менакеновой. В 1795 году немецкий химик Клапрот открыл в минерале рутиле новый элемент и назвал его титаном. Спустя два года Клапрот установил, что рутил и менакеновая земля — оксиды одного и того же элемента, за которым и осталось название «титан», предложенное Клапротом. Через 10 лет открытие титана состоялось в третий раз: французский учёный Л. Воклен обнаружил титан в анатазе и доказал, что рутил и анатаз — идентичные оксиды титана.
Тита́н (химический символ — Ti, от лат. Titanium) — химический элемент 14-й группы (по устаревшей классификации — побочной подгруппы четвёртой группы, IVB), четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 22.
Простое вещество титан — это лёгкий переходный металл серебристо-белого цвета. Обладает высокой коррозионной стойкостью.
Плотность 4,51 г/см3, T плавления =1668+(-)3 °С.
К главным преимуществам этого элемента можно отнести:

• низкая плотность. За счет этого вес изделий из титана гораздо ниже чем у стальных и близок к показателям алюминия;
• высокая прочность. Причем сохраняется даже при нагреве до 500 и более градусов;
• устойчивость к коррозии. Обусловлена образованием тонкой пленки оксида на поверхности изделий, который прочно связан с основной массой металла и при повреждении восстанавливается самостоятельно.

К недостаткам титановых сплавов можно отнести:

• высокая цена (титан гораздо дороже многих цветных металлов);
• при обработке металла и его сплавов возникает проблема налипания, что грозит быстрым износом режущих инструментов;
• Сложности при сварке титановых изделий.

Перейдем к свойствам титана. Пластичен, сваривается в инертной атмосфере. Имеет высокую вязкость, при механической обработке склонен к налипанию на режущий инструмент, и поэтому требуется нанесение специальных покрытий на инструмент, различных смазок. При обычной температуре покрывается защитной пассивирующей пленкой оксида TiO 2, благодаря этому коррозионностоек в большинстве сред (кроме щелочной).
Применение титан. Титан широко применяется в металлургии в роли легирующего элемента в производстве жаростойких и нержавеющих сталей. Титан добавляют в медь, алюминий, никель с целью повышения прочности последних. Двуокись титана применяется в производстве сварочных электродов, четыреххлористый титан используется в военном деле для организации дымовых завес. В радиотехнике и электротехнике применяется порошкообразный титан в роли поглотителя газов.
Способы получения изделия. Как правило, исходным материалом для производства титана и его соединений служит диоксид титана со сравнительно небольшим количеством примесей. В частности, это может быть рутиловый концентрат, получаемый при обогащении титановых руд. Однако запасы рутила в мире весьма ограничены, и чаще применяют так называемый синтетический рутил или титановый шлак, получаемые при переработке ильменитовых концентратов. Для получения титанового шлака ильменитовый концентрат восстанавливают в электродуговой печи, при этом железо отделяется в металлическую фазу (чугун), а невосстановленные оксиды титана и примесей образуют шлаковую фазу. Богатый шлак перерабатывают хлоридным или сернокислотным способом.
Концентрат титановых руд подвергают сернокислотной или пирометаллургической переработке. Продукт сернокислотной обработки — порошок диоксида титана TiO2. Пирометаллургическим методом руду спекают с коксом и обрабатывают хлором, получая пары тетрахлорида титана TiCl4:
TiO2 + 2C + 2Cl2 → TiCl4 + 2CO
Образующиеся пары TiCl4 при 850 °C восстанавливают магнием:
TiCl4 + 2Mg → 2MgCl2 + Ti
Кроме этого, в настоящее время начинает получать популярность так называемый процесс FFC Cambridge, названный по именам его разработчиков Дерека Фрэя, Тома Фартинга и Джорджа Чена из Кембриджского университета, где он был создан. Этот электрохимический процесс позволяет осуществлять прямое непрерывное восстановление титана из оксида в расплаве смеси хлорида кальция и негашёной извести (оксида кальция). В этом процессе используется электролитическая ванна, наполненная смесью хлорида кальция и извести, с графитовым расходуемым (либо нейтральным) анодом и катодом, изготовленным из подлежащего восстановлению оксида. При пропускании через ванну тока температура быстро достигает ~1000—1100 °C, и расплав оксида кальция разлагается на аноде на кислород и металлический кальций:
2CaO → 2Ca + O2
Полученный кислород окисляет анод (в случае использования графита), а кальций мигрирует в расплаве к катоду, где и восстанавливает титан из его оксида:
O2 + C → CO2
TiO2 + 2Ca → Ti + 2CaO
Образующийся оксид кальция вновь диссоциирует на кислород и металлический кальций, и процесс повторяется вплоть до полного преобразования катода в титановую губку либо исчерпания оксида кальция. Хлорид кальция в данном процессе используется как электролит для придания электропроводности расплаву и подвижности активным ионам кальция и кислорода. При использовании инертного анода (например, диоксида олова), вместо углекислого газа на аноде выделяется молекулярный кислород, что меньше загрязняет окружающую среду, однако процесс в таком случае становится менее стабильным, и, кроме того, в некоторых условиях более энергетически выгодным становится разложение хлорида, а не оксида кальция, что приводит к высвобождению молекулярного хлора.
Полученную титановую «губку» переплавляют и очищают. Рафинируют титан йодидным способом или электролизом, выделяя Ti из TiCl4. Для получения титановых слитков применяют дуговую, электронно-лучевую или плазменную переработку.
Цель курсового проекта: разработать технологию производства титановых слитков 6Al4V сплава, годовой программой 18 000 тонн.
Задачи курсового проекта:

• дать анализ технологического процесса;
• разработать технологический процесс изготовления слитков и составить схему процесса;
• дать характеристику изделия и составить план участка по производству;
• рассчитать шихту сплава;
• рассчитать кристаллизатор;
• определить необходимое количество оборудования;
• описать охрану труда на производственном участке.