Тема 6. Сырье в промышленности. Классификация. Обогащение сырья

Сырьём называют вещества природного и синтетического происхождения, используемые как исходные материалы при изготовлении промышленной продукции и энергии

Сырьё классифицируется

· по агрегатному состоянию;

· по составу;

· по происхождению.

По агрегатному состоянию сырье делится на твердое (уголь, торф), жидкое (вода, нефть, соляные растворы) и газообразные (воздух, природные и промышленные газы).

По составу сырьё подразделяется на oрганическое и минеральное Органическое в свою очередь делится на растительное и животное

Минеральное сырье. К минеральному сырью относятся полезные ископаемые, добываемые из недр земли Их особенность невозобновляемость Неравномерность распределения сырья, концентрация полезных веществ и химический состав определяют стоимость добычи и переработки

Минеральное сырьё делят на:

· рудное;

· нерудное;

· горючее.

Рудным сырьем называют полезные ископаемые, содержащие один или несколько металлов в количестве и форме, допускающие экономически выгодное извлечение. Нерудным называют сырье, используемое при производстве неметаллов (серы, фосфора и т.д.), различных солей, минеральных удобрений и строительных материалов Важнейшие виды нерудного сырья - сера, апатиты, фосфориты, соли, песок, глина, а так же алмазы, графит, асбест и т д. К горючему минеральному сырью относятся органические ископаемые - нефть, уголь, торф и сланцы, которые используются для топлива или в химической промышленности.

По происхождению топливо подразделяется на:

· естественное;

· искусственное, то есть получаемое при переработке естественных топлив, или как отходы различных производств.

Для оценки топлива основным показателем служит удельная теплота сгорания, то есть количество теплоты, которое выделяется при полном сгорании единицы массы или веса. Единица условного топлива 7000 ккал

Любое сырье требует дополнительной обработки используются различные способы Обогащение полезных ископаемых производится с целью увеличения содержания полезного элемента в используемом сырье. Это дает возможность расширения сырьевой базы за счёт включений в эксплуатацию относительно бедных руд, и получать для последующей обработки высококонцентрированное сырье Полученные в результате обогащения фракции называются концентратами, а пустая порода хвостами.

Жидкие растворы различных веществ концентрируют выпариванием, вымораживанием, выделением примесей в осадок.

Газовые смеси разделяют на компоненты с помощью различных физических и физико-химических методов, в том числе абсорбцией и адсорбцией Абсорбция - поглощение жидкостью, адсорбция - поглощение твёрдыми элементами

Химические способы различной растворимости или химической реакции полезных элементов, например при добыче золота из старых отвалов соответствующей породы оно поступает на химическую обработку, в которой золото растворяется

Необходимо подчеркнуть, что основная масса получаемых в настоящее время в Украине полезных ископаемых идёт за счет разработки оборудованных в дореформенный период сырьевых источников, которые постепенно иссякают и в ближайшие 20 - 40 лет будут выработаны

Тема 7. Процессы обработки материалов давлением в системах технологий различных производств.

Обработка материалов давлением (ОМД) основана на их способности в определенных условиях пластически деформироваться в результате воздействия на деформируемое тело внешних сил.

Основные преимущества обработки металлов давлением по сравнению с различными формоизменяющими операциями, в частности обработкой резанием:

1)возможность значительного уменьшения отхода металла

2) повышение производительности труда, поскольку в результате однократного приложения усилия можно значительно изменить форму и размеры деформируемой заготовки при сохранении первоначального объема.

3) пластическая деформация сопровождается изменением физико-механических свойств металла заготовки, что можно использовать для получения деталей с наилучшими эксплуатационными свойствами(прочностью, жесткостью, высокой износостойкостью и т.д.) при наименьшей их массе.

К основным видам обработки металлов давлением относятсяпрокатка, прессование, волочение, ковка, штамповка (рис.2.5).

Прокатке подвергают до 90% всей выплавляемой стали и большую часть цветных металлов. При прокатке металл пластически деформируется между вращающимися валками. Взаимное расположение валков и заготовки, форма и число валков могут быть различными.
Выделяют три основных вида прокатки: продольную, поперечную и поперечно-винтовую.
Сортамент прокатываемых профилей разделяют на четыре основные группы: сортовой прокат, листовой, трубы и специальные виды проката.
Инструментом для прокатки являются валки, которые в зависимости от прокатываемого профиля могут быть гладкими, -применяемыми для прокатки листов, лент и тому подобного; ступенчатыми, например для прокатки полосовой стали; ручьевыми — для получения сортового проката.
Комплект валков со станиной называют рабочей клетью; последняя вместе со шпинделем для привода валков, шестеренчатой клетью, редуктором и электродвигателем образует рабочую линию прокатного стана. Прокатные станы могут быть одноклетьевыми и многоклетьевыми.
При прессовании металл выдавливается из замкнутой полости через отверстие соответствующее сечению прессуемого профиля. Исходной заготовкой при прессовании служит слиток или прокат. Инструментом при прессовании служит пресс-форма, состоящая из пуансона и полой матрицы.
Прессованием изготавливают изделия разнообразного сортамента из цветных металлов, сплавов и сталей, в том числе прутки, трубы и другие профили.
При волочении заготовку протягивают через постепенно сужающееся отверстие в инструменте, называемом волокой. Волочение, как правило, осуществляют в холодном состоянии. Исходными заготовками служат прокатные или прессованные прутки и трубы из стали, цветных металлов и их сплавов. Сортамент изделий, изготавливаемых волочением, очень разнообразен: проволока диаметром 0,002 — 5 мм и фасонные профили.
Ковка — вид горячей обработки металлов давлением, при котором металл деформируется с помощью универсального инструмента. Нагретую заготовку укладывают на нижний боек и верхним бойком последовательно деформируют отдельные ее участки.
Ковкой получают заготовки для последующей механической обработки. Эти заготовки называют коваными поковками или просто поковками.
Процесс ковки состоит из чередования в определенной последовательности основных и вспомогательных операций. Каждая операция определяется характером деформирования и применяемым инструментом. К основным операциям ковки относятся: осадка, протяжка, прошивка отрубка, гибка.
Ковку выполняют на ковочных молотах и ковочных гидравлических
прессах. Штамповка подразделяется на горячую объемную штамповку и холодную.

Горячая объемная штамповка - это вид обработки металлов давлением, при котором формообразование поковки из нагретой заготовки осуществляется с помощью специального инструмента - штампа. Течение металла ограничивается поверхностями полостей, изготовленных в отдельных частях штампа, так что в конечный момент штамповки они образуют единую замкнутую полость по конфигурации поковки.

В качестве заготовок для горячей штамповки в большинстве случаев применяют прокат круглого, квадратного, прямоугольного профилей, а также периодический. При этом прутки разрезают на отдельные заготовки.

Обычно под холодной штамповкой понимают штамповку без предварительного нагрева заготовки. Холодную штамповку подразделяют на объемную штамповку (сортового металла) и листовую штамповку (листового металла).

Основные разновидности холодной объемной штамповки — холодное выдавливание, холодная высадка холодная объемная формовка.

Выдавливание обычно выполняют на кривошипных или гидравлических прессах в штампах, рабочими частями которых являются пуансон и матрица. Различают прямое, обратное и комбинированное выдавливание.

Холодную высадку выполняют на специальных холодновысадочных автоматах. Заготовкой является пруток или проволока.

Холодная объемная формовка осуществляется в основном в открытых штампах. Этим способом можно изготовлять пространственные детали сложных форм.

В качестве заготовки при листовой штамповке используют полученные прокаткой лист, полосу или ленту, свернутую в рулон. Толщина заготовки при холодной штамповке обычно не более 10 мм и лишь в редких случаях - более 20 мм. Различают формоизменяющие операции листовой штамповки, в которых заготовка не должна разрушаться в процессе деформирования, и распределительные операции, в которых этап пластического деформирования обязательно завершается разрушением.

К формоизменяющим операциям относятся: гибка, вытяжка, обжатие, формовка. К разделительным - отрезка, вырубка, пробивка, надрезка.

Листовой штамповкой изготавливают самые разнообразные плоские и пространственные детали.

Листовую штамповку осуществляют в штампах на кривошипных и гидравлических прессах.

В настоящее время широкое развитие получил один из прогрессивных методов обработки металлов давлением - метод непрерывного профилирования листового металла на профилегибочных агрегатах. Продукцией, получаемой данным способом, являются гнутые профили. Этот метод позволяет получать профили не только различной и сложной конфигурации поперечного сечения, в том числе замкнутых круглых и

прямоугольных, листовых с большим числом мест изгиба, разделенных прямолинейными или иной формы участками, но и профили со специальными служебными свойствами. В том числе из сталей повышенной и высокой прочности, термоупрочненные, с просечкой и перфорацией, с продольными и поперечными ребрами жесткости, с элементами двойной толщины, сварные, завитые по дуге, покрытые пластиками, антикоррозийными металлическими покрытиями и др.

Профилирование полосы разделяется на ряд отдельных операций, цри осуществлении которых каждая из пар валков выполняет оптимальную частичную деформацию. Выбор числа операций, равных числу валков профилегибочного агрегата, зависит в основном от сложности конфигурации профиля и его размеров, а также от требуемых допусков на размеры, от соотношения толщины и ширины заготовки и отдельных участков профиля, механических свойств материала, требуемых радиусов закругления мест изгиба, допускаемого утонения заготовки и характеристики профилегибочного оборудования.
Кдостоинствам процесса профилирования можно отнести следующее:
возможность изготовления профилей минимальной толщины с минимальной металлоемкостью, которую невозможно получить другими способами металлообработки, а также гнутых профилей самой различной конфигурации толщиной 0,1 —20 мм и шириной исходной заготовки до 2000 мм;
• получение профиля, позволяющего заменить сочетание нескольких профилей в конструкциях, что дает возможность создавать новые типы конструкций, обеспечивает экономию металла и устраняет операции сборки и соединения отдельных элементов;
• незначительные отходы металла (коэффициент использования металла достигает 99,5 — 99,8 %);
• приспосабливаемость к материалам: профилировать можно самые разнообразные материалы: горячекатанную и холоднокатанную листовую, ленточную и полосовую углеродистую сталь, конструкционную и легированную стали, титан, алюминий, медь, цинк, латунь, бронзу и другие металлы и сплавы, допускающие холодную обработку давлением, а также плакированные биметаллические материалы и специальные пластмассы;
• хорошее качество поверхности гнутых профилей проката, что обеспечивает широкое применение их для различных отделочных и декоративных элементов конструкций;
• возможность формообразования профилей из заготовок с предварительно обработанной поверхностью или поверхностью с покрытием без нарушения ее качества; высокую точность размеров профилей, обеспечивающую их взаямозаменяемость и возможность соединения профилей между собой и скользящими соединениями сопряженных

элементов;
• сравнительно высокую производительность труда;
• высокую степень механизации и автоматизации производства;
• приспосабливаемость к масштабам производства: оборудование для

профилирования менее сложно, более легко и просто в обслуживании и дешевле в изготовлении, чем прокатное и прессовое, в связи с этим высокая производительность профилегибочного оборудования позволяет эффективно устанавливать его не только для массового производства профилей, но и для серийного;
• высокую стойкость инструмента и возможность изготовления на одном комплекте валков большого числа профилеразмеров;
• возможность получения различных и оптимальных механических свойств на различных участках профиля;
• совмещение профилирования с другими производственными процессами, например с автоматической шовной или точечной сваркой, пайкой, резкой, предварительной надрезкой полос перед профилированием. штамповкой, клеймением, перфорированием, гофрированием, правкой, гибкой по дуге, плакированием, окрашиванием. травлением, термообработкой, лужением, оцинкованием, хромированием и др.
Другие способы получения фасонных профилей (горячая прокатка, штамповка, выдавливание, волочение), несмотря на некоторое сходство с процессом профилирования, принципиально отличается от него. Так, при профилировании:

1) Площадь поперечного сечения заготовки практически не изменяется.

2) Формируемая заготовка подвержена продольным деформациям напряжениям.

3) Деформация металла начинается значительно раньше, чем участок заготовки войдет в контакт с валками.

4) Перемещение заготовки производится тянущими усилиями, прикладываемыми со стороны вращающихся валков, в то время как при прокатке и прессовании:

1) площадь поперечного сечения заготовки изменяется.

2) деформирование производится в пределах соприкосновения заготовки с рабочим инструментом, лишь незначительно выходя за пределы очага деформации; при гибке в штампах заготовка и рабочий инструмент перемещаются поступательно; при волочении заготовка подвержена тянущим усилиям со стороны захватов.
Совершенствование технологии профилирования и применяемого оборудования привело к тому, что в настоящее время гнутые профили проката изготавливают самых разнообразных конфигураций и размеров. Тем не менее в настоящее время наблюдается тенденция все более интенсивного совершенствования способов формовки, валков и оборудования,

применяемых для профилирования. Создаются совершенно новые способы

профилирования, например с применением специальных приемов, направленных на повышение пластических свойств металла в процессе профилирования, формообразование отдельных участков профиля за счет местной вытяжки заготовки, увеличение толщины отдельных участков профиля путем создания поперечного сжатия и локального разупрочнения заготовки и др.

В этих условиях особенно актуальной становится задача разработки научных основ построения рациональных технологических процессов, обеспечивающих минимальные трудоемкость и себестоимость изготовления гнутых профилей заданной конфигурации при наилучшем их качестве и минимальном числе технологических переходов.

Литература