Русский   English
ДонНТУ   Портал магістрів

Реферат за темою випускної роботи

Вступ

На даний момент основний спосіб одержання аргону - методом низькотемпературної ректифікації повітря з отриманням кисню та азоту і попутним витяганням аргону. Його витяг є скрутним, тому повітря попередньо переводять в рідкий стан і з нього виділяють аргон. Даний процес є багаторазовим. Аргон в металургії найчастіше використовується для продувки рідкого металу з метою рафінування від шкідливих домішок і хімічного складу розплаву за обсягом рідкої ванни. У зв'язку з цим виникає причина економії аргону з - за його дорожнечу. Важливий фактор енергозбереження - зниження витрати аргону до рівня оптимуму.

1. Актуальність теми

Рафінуються дію аргону, як правило, використовується не повною мірою через недостатність кінетичних умов взаємодії бульбашок аргону з рідким металом для повної реалізації термодинамічних можливостей переходу в бульбашки аргону молекул СО (при обезуглероживание) і Н2. Це викликається в основному недостатньою поверхнею розділу фаз газ-метал і малим часом взаємодії їх. Те й інше відбувається через надмірно великих розмірів бульбашок. Тому під час продування металу аргоном в ковші дуже важливим є забезпечення максимального зменшення розмірів бульбашок.

Тоді відбувається як величезне збільшення їх загальної поверхні, тобто поверхні взаємодії газ-метал, так і збільшення часу перебування бульбашок в металі, оскільки швидкість спливання дрібних бульбашок істотно менше, ніж великих. Згідно Стокс, швидкість підйому бульбашок пропорційна квадрату радіусу міхура

2. Мета і задачі дослідження

Мета роботи: обгрунтування енергоресурсосбергающего режиму при інтенсифікації дифузійного процесу в умовах позапічної дегазації розплаву алюмінію від розчиненого водню продуванням аргоном.

Основні задачі дослідження:

  1. теплотехнічні аспекти одержання аргону;
  2. властивості рідкого алюмінію;
  3. вплив водню на кількість алюмінієвих виробів;
  4. сучасний стан питання по інтенсифікації процесів тепломасопереносу при позапічної дегазації рідких металів від водню продуванням аргоном і вакуумом;
  5. обгрунтування енергоресурсозберігаючих режиму позапічної дегазації рідкого алюмінію від водню в умовах інтенсифікації процесу тепломасопереносу в розплаві з використанням математичної моделі;

3. Рідкий алюміній і його властивості

На третьому енергетичному рівні атома алюмінію знаходиться три електрона, і в хімічних сполуках він зазвичай трехвалентен. Кристалізується в гранецентрированной кубічної решітці. Алюміній хімічно активний. Уже в звичайних умовах він взаємодіє з киснем повітря, покриваючись дуже тонкою і міцною плівкою оксиду Al2O3. Вона захищає алюміній від подальшого окислення і обумовлює його досить високу корозійну стійкість, а також послаблює металевий блиск. Його стійкість до корозії обумовлена чистотою. З усіх домішок, які знаходяться в алюмінії, надзвичайно згубні домішки заліза. Алюміній при нагріванні в мелкораздробленном стані на повітрі запалюється і згорає з виділенням великої кількості тепла. При нагріванні вище 800° C з утворенням нітриду алюмінію AlN взаємодіє з азотом алюмінію. Взаємодія алюмінію з вуглецем починається при 650 ° С, але при 1400° С протікає енергійно з утворенням карбіду алюмінію Al4C3. Розчиняється алюміній в соляній кислоті і розчинах лугів. Розчинення в сірчаній кислоті і в розведеною азотної проходить повільно. Області застосування: Володіє цілим рядом властивостей, які вигідно відрізняють його від інших металів. Это небольшая плотность, хорошая пластичность, а также он нетоксичен, немагнитен и коррозионностоек к ряду химических веществ. Нашел исключительно широкое применение в самых разных отраслях современной техники.

3.1 Вплив водню на якість алюмінієвих виробів.

[1].

На практиці вміст водню в алюмінії залежить від виду плавки і може досягати 0,5 см3/100 г = 2,4×10-3 % (по масі). Водень при охолодженні і кристалізації виділяється з утворенням пір в зливку алюмінію. Пори мають розмір від 5 до 1000 мкм. Крім того, при підвищеному вмісті водню утворюються зародки водневих бульбашок (флок). Зазвичай тиск у флокенов більше міцності алюмінію, що викликає дефекти. Якщо пори розташовуються поблизу поверхні, то при нагріванні утворюються бульбашки, що осінь небезпечно для тонких листів. Глибоко що лежать пори негативно впливають на якість алюмінію при деформації (гарячої прокатки). Ці пори є місцями надриву, а в високоміцних сплавах алюмінію - джерела тріщин. З ростом вмісту водню зменшується відносне подовження, зменшується межа плинності, знижується питома в'язкість [2-6].

3.2 Економія аргону як фактор енергоресурсозбереження

Сировиною для одержання аргону служить атмосферне повітря, що містить в хімічно незв'язаному стані кисень, азот, аргон, двоокис вуглецю, криптон, ксенон, неон і інші гази. Тому виділення з повітря аргону вимагає менших енергетичних витрат, ніж при отриманні з речовини, що містять його в зв'язаному стані Найбільш економічним способом розділення повітря є його низькотемпературна ректифікація, заснована на різниці температур кипіння складових частин рідкого повітря.Такий процес вимагає попереднього зрідження повітря. Зрідження повітря та його поділ шляхом ректифікації є процеси, що включають тепло- і масообмін, випаровування і конденсацію, розширення і стиснення газів і рідин. Для здійснення цих процесів використовують різні машини і апарати.[9-10].

4.Економія аргону як фактор енергоресурсозбереження

Сировиною для одержання аргону служить атмосферне повітря, що містить в хімічно незв'язаному стані кисень, азот, аргон, двоокис вуглецю, криптон, ксенон, неон і інші гази. Тому виділення з повітря аргону вимагає менших енергетичних витрат, ніж при отриманні з речовини, що містять його в пов'язаному состояніі.Розглянем основи процесу дроселювання повітря. Дроселювання полягає в зниженні тиску в потоці газу при пропущенні його через пристрій, що створює опір.При цьому не відбувається обміну енергії у вигляді роботи і тепла з навколишнім середовищем. Дроселювання реальних газів зазвичай супроводжується, як встановив ще Д. Джоуль, зміною температури. Це явище отримало назву ефекту Джоуля-Томпсона. Схема процесу дроселювання показана на рис. 4.1 [11].

Схема процесу дроселювання газу

Рисунок 4.1 – Схема процесу дроселювання газу

При зміні тиску газу від p1 до p2 його температура змінюється від 1 до 2. Оскільки обміну енергією з навколишнім середовищем не відбувається, ентальпія газу до дроселювання і після нього залишається незмінною і1 = І2. Розглянемо зміну величини ефекту дроселювання при різних умовах на діаграмі s - t реального газу, (рис. 4.1) на якій нанесені лінії постійної ентальпії.[12]

Зміна ефекту дроселювання в залежності від температури і тиску

Рисунок 4.2 – Зміна ефекту дроселювання в залежності від температури і тиску

При дросселирования повітря від початкового тиску p1 і температури T0 (точка 1) до тиску р2 кінцевий стан буде відповідати точці 2, що лежить на перетині ізобари р2 з лінією постійної ентальпії і1 = І2, так як величина ентальпії після дроселювання не зміняться. Точка 2 лежить на изотерме Т2. Отже, зміна температури Т (1-2) = Т (1) Т2 можна визначити по діаграмі. Як видно на рис. 4.2, всі лінії постійної ентальпії мають максимум, який в області високих температур пересувається в бік менших тисків, стає менш вираженим і, нарешті, при температурі Тінв ( Т (3-4) = 0) зникає. Якщо з'єднати максимуми цих ліній, то вийде інверсійна крива, показана на рис. 4.2 штриховий лінією, яка ділить діаграму на дві області.

Висновки

Щоб задовольнити вимоги різних споживачів, технологія виробництва аргону повинна забезпечувати як висока якість, так і низьку собівартість аргону. Процес отримання технічно чистого аргону складається з трьох етапів: а) витяг з повітря сирого аргону; б) очищення сирого аргону від кисню; в) очищення аргону від азоту. Сирий аргон витягують з повітря в дві стадії: 1) отримання в ректифікаційної колоні Повітророзподільну апарату і відбір аргонной фракції, що містить від 5 до 12% аргону. 2) збагачення отриманої аргонной фракції, здійснюване в спеціальній аргонной колоні.

Отриманий сирий аргон, що містить 70-95% Ar (інші 30-5% складають азот і кисень), служить вихідним продуктом, після очищення якого від кисню та азоту виходить технічно чистий аргон. Аргон має численне практичні застосування. У даній роботі розглядається його використання в технології позапічної дегазації рідкого алюмінію від водню продуванням аргоном, який вперше розроблений групою науковців під керівництвом академіка В. Л. Найдек.

При написанні даного реферату магістерська робота ще не завершена. Остаточне завершення: травень 2021 року. Повний текст роботи та матеріали по темі можуть бути отримані у автора або його керівника після зазначеної дати.

Перелік посилань

  1. Арсентьев, П. П. Аргон в металургії / П. П. Арсентьев. - М .: Металургія, 1971. - 120 с.
  2. Борнацкій, І. І. позапічної рафінування чавуну і сталі / І. І. Борнацкій, В. І. Мачікін, В. С. Жівченко. - Київ: Техніка, 1979. - 167с.
  3. Бєлов, І. В. Вплив масообміну в системі газових бульбашок і рідини / І. В. Бєлов, Є. В. Проколів // Журнал прикладної механіки і технічної фізики. - 1969. - № 1. - с. 116 - 121.
  4. Брандт, Б. Б. Режим обтекания жидкостью газовых пузырей больших размеров / Б. Б. Брандт, Д. И. Перазич // Инженерно – физический журнал. – 1966. – Т. 10. – № 2. – С. 197 – 200.
  5. Левич, В. Г. Фізико - хімічна гідродинаміка / В. Г. Левич. - М .: Физматгиз, 1959. - 537 с.
  6. Шифрін, В. М. Дослідження ефективності дегазації металу при продувці його аргоном в ковші / В. М. Шифрін, Е. І. Кадино // Известия вузів. Чорна металургія. - 1975. - № 12. - с. 59-64.
  7. Поздеев, Н. П. Вплив витрати аргону на дегазацію. розплаву в вакуумі / Н. П. Поздеев, А. Г. Шалімов, І. В. Халякін // Теорія металургійних процесів. - М .: Металургія 1975. - № 3. - с. 23 - 33.
  8. Бердников, В. І. Поведінка водню при продувці стали інертним газом / В. І. Бердников // Известия вузів. Чорна металургія. - 1972. - № 8 - с.21 - 25.
  9. Turkan, S. Entgasung von Metall - schmelzen mit Blasenschwarmen / S. Turkan, K. Lange // Stell Res. - 1985. - Bd. 56. - № 5. - P. 247 - 253.
  10. Найдек В. Л., Нарівскій А.В. Дегазація алюмінієвих сплавів вакуумно-плазмового обробкою їх розплавів // Процеси лиття. - 2008. - №3. - с. 35-38.
  11. Захаров Н.І., І.В. Волкова Фізична модель дифузійного взаємодії бульбашок аргону з розплавом алюмінію // Інженерно-фізичний журнал.-2017.-т.90.-№4.-с.1036-1038
  12. Захаров Н.І. Інтенсифікація процесів тепломасопереносу при рафінуванні рідкої сталі від газов.-Донецьк: Цифрова тіпографія.-2016.-204с.