Разработка нового состава флюса для рафинирования алюминиевых сплавов от магния

650

648

NaCI-KCl-AIF₃ (солидус)

655

653

650

642

620

607

600

Состав 1 - NaCI-KC1-NaAlF₄;

Состав 2 - ((1 / 3) сильвинит и (2 / 3) ОЭМП)-NaAIF₄;

Состав 3 - NaCI-KCl-AIF₃.

Рисунок 9 - Плавкость рафинирующего флюса

Увеличение содержания AIF₃ от 0 до 15 массовых долей % в эвтектической смеси KCl-NaCl снижает температуру плавления флюса незначительно с 655 до 642 ⁰С. Дальнейший рост AIF₃ от 15 до 30 массовых долей % уменьшает температуру солидуса от 642 до 620 ⁰С.

Увеличение содержания метафторалюмината натрия в смеси (1 / 3) сильвинит и (2 / 3) ОЭМП имеет такой же характер плавкости, что и в эвтектической смеси KCl-NaCl, но температура ликвидуса на 25-30 ⁰С выше. Однако такой рост температуры не оказывает влияние на свойства флюса при заданной температуре 700-720 ⁰С.

3.4 Обсуждение результатов

В результате изучения физико-химических свойств флюсов было определено, что оптимальные свойства имеют два состава флюса: 20 % AlF₃, 80 % КCl-NaCl, и 20 % NaAlF₄, 80 % KCl-NaCl, которые обладают рафинирующими и покровными свойствами.

Плотность исследуемых составов флюсов находится в пределах 1,58-1,74 г/см³, что значительно ниже плотности расплавленного металлического алюминия, которая равна 2,3 г/см³ и удовлетворяет требованиям покровного флюса. Флюс будет покрывать поверхность расплавляемого сплава, тем самым, препятствуя окислению сплава.

Температура начала кристаллизации систем, отвечающим исследуемым составам флюсов, 600-672 ⁰С, находится ниже рабочей температуры процесса рафинирования алюминиевых сплавов (более 700 ⁰С). Это удовлетворяет условиям ведения процесса рафинирования без нарушения технологического режима. Эксперименты показали пригодность всех исследуемых составов флюсов для рафинирования алюминиевых сплавов в качестве покровно-рафинирующего флюса.

Критерием выбора оптимального состава флюса будут его рафинирующие свойства - кинетика процесса рафинирования и извлечение магния из алюминиевого сплава.

3.5 Технологическая часть

3.5.1 Методика проведения экспериментов

Для определения влияния нового состава разработанного флюса на процесс удаления магния из алюминиевых сплавов были проведены опыты со сплавом марки АК5М2. Химический состав сплава представлен в таблице 11.

Таблица 11 - Химический состав сплава АК5М2

Наименование компонента	Содержание компонента, массовые доли, %
Cu	2,690
Fe	0,880
Zn	0,330
Si	4,450
Mg	0,790
Ni	0,100
Pb	0,030
Sn	0,022
Ti	0,040
Cr	0,023
Mn	0,320
Ca	0,013

Основные задача проведения опытов - это выявление того, какое влияние оказывает состав флюса, температура и продолжительность рафинирования на кинетику процесса рафинирования и извлечение магния из алюминиевого сплава.

Опыты проводились в лабораторной электрической печи с карбидокремниевыми нагревателями в соответствии с рисунком 7.

3.5.2 Проведение экспериментов

Опыты по определению влияние концентрации NaAlF₄ на очистку сплава от магния были проведены при следующих условиях: температура - 700 ⁰С, избыток фторида - 0, продолжительность - 1 час, без перемешивания. Результаты представлены на рисунке 10.

Рисунок 10 - Зависимость удаления магния из сплава АК5М2 от концентрации NaAlF₄

При увеличении концентрации NaAlF₄ во флюсе от 0 до 20 % содержание магния в сплаве уменьшается от 0,79 до 0,4 %. Дальнейший рост концентрации метафторалюмината натрия от 20 до 30 % значительного влияния не оказывает, концентрация магния уменьшается от 0,4 до 0,37 %.

Повышение эффективности рафинирования сплава от магния в начальный период увеличения содержания NaAlF₄ во флюсе связано с разрушением оксидной пленки алюминия на поверхности сплава.

Опыты по определению влияния времени рафинирования на удаление магния были проведены при следующих условиях: температура - 700 ⁰С, избыток фторида - 0, концентрация NaAlF₄ - 20 массовых долей % остальное - эвектическая смесь NaCl-KCl, без перемешивания. Результаты представлены на рисунке 11.

Рисунок 11 - Зависимость удаления магния из сплава АК5М2 от времени рафинирования

Резкое уменьшение содержания магния в сплаве с 0,79 до 0,38 % произошло в течение первых 10 минут. Дальнейшее уменьшение концентрации магния в сплаве не наблюдалось. Концентрация магния в течение часа колебалась от 0,37 до 0,39 %.

Опыты по определению влияния температуры на удаление магния из сплава были проведены при следующих условиях: температура - 700-720 ⁰С, избыток фторида - 0, концентрация NaAlF₄ - 20 массовых долей %, остальное - эвектическая смесь NaCl-KCl, продолжительность - 30 минут, без перемешивания. Результаты представлены на рисунке 12.

При увеличении температуры от 700 до 720 ⁰С содержание магния в сплаве уменьшилось с 0,38 до 0,21 %.

Опыты по определению влияния избытка NaAlF₄ на удаление магния из сплава были проведены при следующих условиях: температура - 720 ⁰С, концентрация NaAlF₄ - 20 массовых долей % остальное - эвектическая смесь NaCl-KCl, продолжительность - 1 час, без перемешивания. Результаты представлены на рисунке 13.

Рисунок 12 - Зависимость удаления магния из сплава АК5М2 от температуры рафинирования

Рисунок 13 - Зависимость удаления магния из сплава АК5М2 от избытка NaAlF₄ при рафинировании

При увеличении содержания NaAlF₄ во флюсе от 0 до 60 % от СНК содержание магния в сплаве уменьшилось с 0,21 до 0,14 %.

Эффективность удаления магния из сплава зависит не только от состава флюса, температуры, продолжительности рафинирования и избытка основного компонента, но и от условий доставки магния на границу раздела «металл-флюс». Процесс может осуществляться свободными конвективными потоками металла, принудительно циркулирующими потоками, промывкой металла диспергированным флюсом и пропусканием струей металла через слой флюса. Наиболее близкими по организации процесса доставки в приграничную зону контакта металл-флюс к промышленным является свободная конвекция и принудительный поток.

В проводимых экспериментах для выполнения этого условия и создания принудительного потока, расплав механически перемешивался в лабораторной печи.

Опыты проводились при следующих условиях: температура - 720 ⁰С, избыток основного компонента 20-50 %, продолжительность - 30 минут, продолжительность работы мешалки - 10 минут.

Опыты показали, что введение перемешивания привело к снижению магния в сплаве АК5М2 до 0,04-0,07 %.

Проведенные исследования на примере алюминиевого сплава марки АК5М2 показали эффективность применения нового состава разработанного флюса для удаления магния из алюминиевых сплавов.

Увеличение содержания NaAlF₄ во флюсе от 0 до 20 % снижает содержание магния примерно в 2 раза. Дальнейшее повышение концентрации метафторалюмината натрия незначительно снижает количество магния в сплаве, тем самым, увеличивая расход активного компонента на единицу рафинируемого сплава.

Рафинирование происходит в течение первых 10 минут. Увеличение длительности рафинирование не оказывает значительного влияния на процесс.

Рост температуры от 700 до 720 ⁰С приводит к уменьшению содержания магния в сплаве примерно в 2 раза. Дальнейшее повышение температуры рафинирования нецелесообразно согласно технологическому режиму процесса.

Избыток NaAlF₄ оказывает положительное влияние на диффузию. Увеличение содержания метафторалюмината натрия сдвигает реакцию (17) в сторону увеличения фторида магния во флюсе.

Введение принудительного перемешивания дает положительный результат, уменьшая содержание магния более чем в два раза до 0,04-0,07 %.

3.5.4 Оптимальный технологический режим рафинирования

Оптимальный технологический режим рафинирования алюминиевых сплавов от магния в отражательной (индукционной) печах:

состав покровно-рафинирующего флюса 20 % NaAlF₄, 80 % NaCl-KCl;

температура процесса рафинирования равна 700-720 ⁰С;

время рафинирования - 10-20 минут;

удельный расход покровно-рафинирующего флюса на рафинирование 1 тонны алюминиевого сплава в отражательной (индукционной) печи составляет 81,2 (70) кг, в том числе метафторалюмината натрия 16,8 (14) кг.

3.6 Проектная часть

3.6.1 Конструкция и установка печи для плавки флюса

Для получения покровно-рафинирующего флюса была разработана и предложена конструкция печи с нихромовыми нагревателями, схема которой представлена на рисунке 14.

Печь для плавки покровно-рафинирующего флюса состоит из стального кожуха металлургического ковша диаметром нижней части 1180 мм, верхней части - 1450 мм, футерованного шамотным огнеупором в два ряда (рисунок А.1).

Общая толщина футеровки 155 мм. В футеровку на уровне 100 мм выше подины вмонтированы три стальных электрода симметрично относительно центра сечения печи. Стальные электроды соединены между собой нихромовыми полосами из сплава Х20Н80 сечением 30 x 3 мм, длиной 665 мм каждая, расположенными на дне печи (рисунок А.2).

Ток от питающей сети к стальным электродам подводится с помощью медных полос шириной 100 мм, вмонтированных в футеровку между рядами шамотной кладки. Крепление медной полосы к стальному электроду осуществляется посредством соединения анкерный болт - гайка (рисунок А.3). Другой конец полосы выходит из футеровки верхней части печи и соединяется с токоподводящей шиной, идущей к пульту управления установки.

Крышка печи диаметром 1450 мм и толщиной 140 мм, футерована шамотом и имеет загрузочный люк диаметром 500 мм, расположенный по центру (рисунок А.4).

Печь устанавливается в поворотное устройство, расположенное в торце индукционного отделения Подольского завода цветных металлов (ПЗЦМ) (приложение Б).

Поворотное устройство состоит из подвижной и неподвижной рам установки. На подвижной раме расположено крепежное кольцо, в которое вставляется печь. Поворот печи осуществляется с помощью поворотного механизма, вращающего кольцо вместе с печью. К неподвижной раме крепится профиль, прямоугольного сечения, в котором расположены токоподводящие шины. После плавки выключается электричество установки, отсоединяются токоподводящие шины, отодвигается вытяжной зонт, с помощью мостового крана поднимается крышка печи, подвижная рама вместе с печью откатывается от первоначального положения на 1 метр, включается поворотный механизм, печь наклоняется и готовый флюс сливается в короб.



Рисунок 14 - Схема печи для плавки покровно-рафинирующего флюса

3.6.2 Технология плавки покровно-рафинирующего флюса

Подготовка шихты заключается во взвешивании необходимого количества NaCl-KCl, NaF и AlF₃ в соответствии с материальным балансом плавки.

Плавка флюса. В печь загружают смесь хлористых солей массой 200 кг и закрывают крышкой. Включение нихромовых нагревателей расположенных в печи, производится от трехфазной сети по схеме «треугольник» через пульт управления печью. Фазовое напряжение U_ф равно 50 В, что удовлетворяет требованиям ПУЭ, ПТЭЭП, ПОТ для особо опасных помещений. Стальные электроды расположены на уровне 100 мм выше подины. В течение часа происходит расплавление загруженной шихты с помощью нагревателей до объема, превышающего по высоте 150 мм от уровня подины. Затем производится дозагрузка оставшейся массы хлористых солей. При соприкосновении жидкого расплава со стальными электродами дальнейшее расплавление флюса проходит как за счет нихромовых нагревательных элементов, так и за счет сопротивления флюса, находящегося в жидкой фазе между электродами. После расплавления хлоридов в готовый расплав добавляют фтористые соли - NaF и AlF₃. Введение фторидов осуществляется при температуре 700-740 ⁰С с периодическим перемешиванием расплава до гомогенного состава.

Слив готового флюса осуществляется в предварительно прогретые короба (мульды) при помощи поворотного механизма печи. Застывший в коробах флюс выгружается в виде больших кусков на хранение во влагонепроницаемую тару. Дробление флюса осуществляется непосредственно перед его применением.

3.6.3 Материальный баланс плавки флюса

По предлагаемой технологии флюс имеет состав 20 % NaAlF₄ и 80 % NaCl-KCl.

Объем флюса, расплавляемый в печи, определяется по формуле:

, (18)

где V_фл - объем флюса, м³;

- уровень наплавленного флюса в печи перед сливом, м;

- нижний радиус печи, м;

-верхний радиус печи, м.

V_фл = 1/3 · 3,14 · 1,2 · (0,5² + 0,55² + 0,5 · 0,55) 1,00 м³

Плотность расплавленного флюса (с_фл) равна (1,58-1,70) г/см³. Для расчета принимается с_фл равная 1,70 г/см³,что эквивалентно 1,70 т/м³.

Масса расплавленного флюса определяется по формуле:

, (19)

где m_фл- масса расплавленного флюса, т.

с_фл - плотность расплавленного флюса, т/м³.

m_фл = 1,7 · 1,0 = 1,7т

Следовательно, расчет материального баланса производится на плавку 1,7 тонны флюса при полной загрузки печи.

Система NаСl-КСl представляет эвтектическую смесь NаСl 45, КСl 55 массовых долей %. Необходимое количество NaCl составляет m(NаСl) = 0,45 · 0,8 · 1700 = 612 кг,

KCl составляет m(КСl) = 1700 · 0,8 - 612 = 748 кг.

Необходимое количество NaAlF₄ равно:

m₁(AlF₃) = 0,133 · 1700 = 226 кг,

m₂(NaF) = 0,067 · 1700 = 114 кг,

m(NaAlF₄) = 114 + 226 = 340 кг,

В процессе плавки печь закрыта крышкой потерь при плавке нет.

Результаты расчета материального баланса представлены в таблице 12.

Таблица 12 - Материальный баланс плавки флюса

Загружено	Получено
Наименование	Масса, кг	Доля, %	Наименование	Масса, кг	Доля, %
NаСl	612	36	Готовый флюс	1700	100
КСl	748	44
NaAlF4	340	20
Итого:	1700	100	Итого:	1700	100

3.6.4 Тепловой баланс работы печи

3.6.4.1 Потери тепла теплопроводностью через ограждения печи

3.6.4.1.1 Теплоотдача теплопроводностью через боковую стенку печи

Теплопроводность /12/ шамотного огнеупора рассчитывается по формуле:

(20)

где л - теплопроводность шамотного огнеупора, Вт/(м·град);

Т - температура поверхности шамотного огнеупора, град.

Температура наружной поверхности стенки (t_нар) принимается равной 217 ⁰С.

Температура внутренней поверхности стенки (t_кл) принимается равной 800 ⁰С;

Температура окружающей среды (t_в) равна 25 ⁰С;

Толщина шамотной кладки (д₁) равна 0,14 м.

По формуле (20):

₁ = 0,84 + 58·10^-5 · (800 - 217) = 1,009 Вт/(м·град).

Тепловые потери через стенки в окружающую среду /12/ рассчитываются по формулам:

, (21)

, (22)

(23)

(24)

где - тепловые потери через ограждения печи в окружающую среду, Вт/м²;

R - тепловое сопротивление кладки, м²·град/Вт;

R₀ - тепловое сопротивление при переходе от наружной поверхности

ограждения печи в окружающую среду, м²·град/Вт;

б₀ - коэффициент теплоотдачи конвекцией.

По формулам (21), (22), (23), (24) тепловые потери через стенки печи в окружающую среду равны:

= 4253,99 Вт/м².

Проверка принятого значения температуры наружной поверхности стенки печи.

Из формулы (21):

t_нар = 4253,99 / (10 + 0,06 · 217) + 25 = 210 ⁰С.

Погрешность определяется по формуле:

, (25)

где t₀ - принимаемое значение температуры, ⁰С;

t - рассчитанное значение температуры, ⁰С.

= 3,3 % , следовательно, принятое значение температуры наружной поверхности стенки равное 217 ⁰С не превышает допустимую погрешность 5 %.

Площадь наружной боковой стенки кожуха (F_ст) определяется по формуле:

, (26)

где R - средний радиус наружной поверхности кожуха печи, м;

H - высота теплоотдающей поверхности печи, м.

F_ст = 3,1415 · 1,315 · 1,800 = 7,44 м².

Теплоотдача теплопроводностью /12/ рассчитывается по формуле:

(27)

где Q - теплоотдача теплопроводностью через футеровку печи, Вт;

F - площадь поверхности кожуха печи, м²;

q - потери тепла через кожух печи, Вт/м².

Теплоотдача теплопроводностью через боковую стенку печи по формуле (27) равна:

= 7,44 · 4253,99 = 31649,65 Вт.

3.6.4.1.2 Теплоотдача теплопроводностью через подину печи

Температура наружной поверхности подины (t_нар) принимается равной 212 ⁰С.

Температура внутренней поверхности подины (t_кл) принимается равной 800 ⁰С;

Температура окружающей среды (t_в) равна 25 ⁰С;

Толщина шамотной кладки (д₂) равна 0,14 м.

По формуле (20):

₂ = 0,84 + 58 · 10^-5 · (800 - 212) = 1,010 Вт/(м·град).

Тепловые потери через подину определяются по формулам (21), (22), (23), (24):

= 4245,26 Вт/м².

Проверка принятого значения температуры наружной поверхности подины печи.

Из формулы (21):

t_нар = 4245,26 / (10 + 0,06 · 212) + 25 = 211,9 ⁰С.

Погрешность определяется по формуле (25):

= 0,05 %, следовательно, принятое значение температуры наружной поверхности подины равное 212 ⁰С не превышает допустимую погрешность 5 %.

Площадь круглого сечения печи определяется по формуле:

, (28)

где F - площадь круга, м²;

R - радиус, м.

Площадь наружной поверхности подины по формуле (28) равна:

F_под = 3,1415·(1,180/2)² = 1,09 м².

Теплоотдача теплопроводностью через подину печи по формуле (27) равна:

= 1,09 · 4245,26 = 4627,33 Вт.

3.6.4.1.3 Теплоотдача теплопроводностью через крышку печи

Теплопроводность шамотного легковеса рассчитывается по формуле:

(29)

где л - теплопроводность шамотного легковеса, Вт/(м·град);

Т - температура поверхности шамотного легковеса, град.

Температура наружной поверхности крышки (t_нар) принимается равной 160 ⁰С.

Температура внутренней поверхности крышки (t_кл) принимается равной 800 ⁰С;

Температура окружающей среды (t_в) равна 25 ⁰С;

Толщина кладки из шамотного легковеса (д₃) равна 0,13 м.

По формуле (29):

₃ = 0,47 + 16,3 · 10^-5 · (800 - 160) = 0,522 Вт/(м·град)

Тепловые потери через крышку печи определяются по формулам (21), (22), (23), (24):

= 2583,45 Вт/м².

Проверка принятого значения температуры наружной поверхности крышки печи.

Из формулы (21):

= 2583,45 / (10 + 0,0 · 160) + 25 = 157 ⁰С.

Погрешность определяется по формуле (25):

= 2,0 %, следовательно, принятое значение температуры наружной поверхности крышки печи равное 160 ⁰С не превышает допустимую погрешность 5 %.

Площадь наружной поверхности крышки печи определяется по формуле (28):

F_кр = 3,1415 · (1,450 / 2)² = 1,65 м².

Теплоотдача теплопроводностью через крышку печи по формуле (27) равна:

= 1,65 · 2583,45 = 4262,69 Вт.

Но т.к. крышка закрыта 80 % времени одной плавки, то теплоотдача теплопроводностью через крышку печи равна

4262,69 · 0,8 = 3410,15 Вт.

3.6.4.1.4 Общие потери тепла теплопроводностью через ограждения печи

Общие потери тепла теплопроводностью через ограждения печи () определяются по формуле:

. (30)

= 31649,65 + 4627,33 + 3410,15 = 39687,13 Вт = 39,69 кВт.

Тепло, проводимое посредством теплопроводности через крышку, стены и подину печи к наружной стенке кожуха, полностью расходуется в окружающее пространство, вследствие конвекции и излучения.

3.6.4.2 Потери тепла излучением при открытой крышке печи

Потери тепла излучением (Q_изл) при открытой крышке ковша рассчитываются по формуле:

, (31)

где С₀ - коэффициент излучения абсолютно черного тела,

С₀ = 5,7 Вт/(м²·К⁴),

Вт/(м²·К⁴);

Т_п - средняя температура печи, Т_п = 800 ⁰С, ⁰С,;

F - площадь открытой поверхности, м²;

- доля времени, когда крышка открыта, = 0,2;

_пр - приведенная степень черноты, _пр = 0,5.

Площадь открытой поверхности по формуле (28) равна:

F = 3,1415·(1,1 / 2)² = 0,95 м².

= 5,7 · 0,5 · (800 / 100)⁴ · 0,95 · 0,2 = 2217,98 Вт = 2,22 кВт.

3.6.4.3 Потери тепла на нагрев и расплавление флюса

Потери тепла на нагрев и расплавление солей рассчитываются по формуле:

(32)

где С - средняя теплоемкость материала в интервале температур, Дж/(кг·К);

Т_кон - температура рабочего пространства печи, К;

Т_нач - начальная температура нагреваемого материала, К;

m_фл - масса материала в тигле, кг.

Масса расплавленного флюса m_фл по формуле (19) равна 1,7т.

Средняя теплоемкость NaCl-KCl (С_NaCl·KCl) в интервале температур (1073-298) К равна 875 Дж/(кг·К). Средняя теплоемкость NaAlF₄ (С_NaAlF4) в интервале температур (1073-298) К равна 1115 Дж/(кг·К);

Т_кон = 1073 К;

Т_нач = 298 К;

Масса солей NaCl-KCl и NaAlF₄ была рассчитана для материального баланса и соответственно равна 1360 кг и 340 кг.

Потери тепла на нагрев и расплавление NaCl-KCl определяются по формуле (32), с учетом коэффициента перевода кДж в кВт равным 3600:

= 256,18 кВт.

Потери тепла на нагрев и расплавление NaAlF₄ определяются аналогично:

= 81,61 кВт.

Потери тепла на нагрев и расплавление флюса (Q_фл) равны:

 (33)

= 256180 + 81610 = 337790 Вт = 337,79 кВт.

Общие потери тепла (Q_общ) определяются:

Q_общ = Q_тепл + Q_изл + Q_фл. (34)

Q_общ = 39687 + 2218 + 337790 = 379700 = 379,7 кВт.

3.6.4.4 Расчет электропечи сопротивления

Исходными данными для расчета нагревателей электропечи сопротивления являются: требуемая мощность печи P, геометрические размеры печи, напряжение питающей сети U_c, начальная t_нач и конечная t_кон температуры нагрева флюса /13/.

Включение нихромовых нагревателей расположенных в ковше производим от трехфазной сети по схеме «треугольник». Фазовое напряжение U_ф равно 50 В. Токоподводы расположены на 100-150 мм выше подины. С помощью нагревателей необходимо расплавить флюс, объемом, превышающем по высоте 150 мм.

Масса, необходимая для наплавления флюса в печи до уровня h определяется по формуле:

. (35)

где m - масса флюса в печи до уровня h, кг;

R - радиус печи на высоте h, м;

h -высота наплавления флюса нихромовыми нагревателями, м;

m_фл - масса расплавленного флюса во всем объеме печи, кг.

Масса флюса, расплавляемая до уровня нагревателей, h равно 150 мм, по формуле (35) равна:

m_фл1 = 3,1415 · 0,5² · 0,15 · 1700 = 200 кг.

Потери тепла теплопроводностью при расплавлении 200 кг флюса NaCl·KCl по формуле (32) равны:

= 37,67 кВт.

Зона нагрева и, следовательно, объем расплавляемого флюса заключен в пространстве, ограниченном подиной печи, стенками, наружной высотой 40 см и «шапкой» из твердого насыпного флюса высотой 30 см.

а) Потери тепла через стенки

Площадь боковой стенки кожуха (F_ст¹) с наружной высотой 40см по формуле (26) равна:

F_ст¹ = 3,1415 · 1,180 · 0,400 = 1,483 м².

Теплоотдача теплопроводностью через стенку печи по формуле (27) равна:

1,483 · 4253,99 = 6308,66 Вт = 6,31 кВт.

б) Потери тепла через подину равны

4627 Вт = 4,63 кВт.

в) Потери тепла через насыпной электролит

Теплопроводность NaCl-KCl () в интервале температур (25-300) ⁰С равна 7 Вт/(м·град);

Температура наружной поверхности флюса (t_нар) принимается равной 300 ⁰С.

Температура расплавленного флюса (t_кл) принимается равной 800 ⁰С;

Температура окружающей среды (t_в) равна 25 ⁰С;

Толщина насыпного флюса NaCl-KCl (д_NaClKCl)равна 0,3 м.

По формулам (21), (22), (23), (24) определяются тепловые потери через флюс в окружающую среду:

= 9863,64 Вт/м².

Площадь наружной поверхности подины (S_фл) равна 1,09 м².

Потери тепла через насыпной электролит по формуле (27) равны:

1,09 · 9863,64 = 10751,36 Вт = 10,75 кВт.

Общие потери тепла через насыпной флюс по формуле (30) составят:

6308 + 4627 + 10751 = 21690 = 21,69 кВт.

Мощность печи в области расплавления флюса определяется по формулам:

P = Q_расх · К, (36)

Q_расх = Q_общ + Q_т.к.з, (37)

Q_т.к.з. = 0,3 · Q_тепл, (38)

где Q_расх - общий расход тепла, Вт,

Q_т.к.з. - потери на тепловые короткие замыкания, Вт

К - коэффициент запаса мощности, учитывающий возможность падения напряжения сети против номинального значения, увеличение сопротивления нагревателей с течением времени (К = 1,3).

P¹ - мощность печи, Вт.

Мощность печи для расплавления 200 кг флюса по формулам (36), (37), (38) равна:

P¹ = (37670 + 21690 · (0,3 + 1)) · 1,3 = 85620 Вт = 85,62 кВт.

В качестве нагревателя была выбрана лента из сплава Х20Н80 (нихром) с удельным сопротивлением () равным:

= 1,1 · 10^-6 + 8,5 · 10^-11 ·t, (39)

где - удельное сопротивление, Ом·м

t - рабочая температура, t = 1000 ⁰С , ⁰С.

Удельная поверхностная мощность идеального нагревателя определяется по формуле:

, (40)

где _Н, _М - соответственно степень черноты нагревателя и нагреваемого изделия, _Н = 0,76 (нихром); _М = 0,59 (шамот);

Т_Н, Т_М - температура нагревателя и изделия, Т_Н = 1223 К, Т_М = 1073 К, К.

Мощность идеального нагревателя по формуле (40) равна:

= 25840 Вт/м².

Удельная поверхностная мощность реального нагревателя определяем по формуле:

, (41)

где - поправочный коэффициент, для зигзагообразной ленты = 0,95.

W = 0,93 · 25840 = 24550 Вт/м² = 24,55 кВт/м².

При использовании трехфазного тока по схеме «треугольник» фазовая мощность составляет одну треть от общей требуемой мощности и определяется по формуле:

, (42)

где Р_ф - фазовая мощность, Вт.

Р_ф= 85620 / 3 = 28540 Вт = 28,54 кВт.

Зная требуемую фазовую мощность, фазовое напряжение U_ф, определяются геометрические размеры ленточного нагревателя.

Для достижения требуемой фазовой мощности необходимо иметь нагреватель с общим сопротивлением, вычисляемым по формуле:

, (43)

где R_ф - фазовое сопротивление нихромовой ленты, Ом.

R_ф = 50² / 28540 = 0,0876 Ом

В качестве нагревателя выбирается лента из сплава Х20Н80 (нихром) шириной (b) равной 30 мм, толщиной (a) равной 3 мм, площадью (S) равной 90 мм².

Длина ленты определяется по формуле:

, (44)

где L_ф - длина ленты, м.

По формулам (39), (44) длина ленты равна:

L_ф = (0,0876 · 90 · 10^-6) / (1,1 · 10^-6 + 8,5 · 10^-11 · 1000) = 6,65 м.

Полосу изгибают зигзагообразно и располагают на дне печи между нагревателями на расстоянии (L) равном 70 см. Высота зигзага (h) равна 15 см.

Количество зигзагов (n) определяется по формуле:

. (45)

n = 665 / 15 = 45.

Шаг (t) определяется по формуле:

. (46)

t = 700 / 45 = 15 мм, т.е. расстояние между полосой в зигзаге c =15 - 3 = 12 мм.

Сила тока, пропускаемого через 1 нагреватель определяется по формуле:

. (47)

I = 28540 / 50 = 570,8 А.

Токоподводы расположены на высоте 100-150 мм от подины печи. При достижении уровня расплавленного флюса токоподводов при постоянном напряжении 50 В сила тока увеличивается за счет изменения (снижения) сопротивления флюса. Минимальное сопротивление флюса (R_фл) достигается при полном погружении электродов в расплав и определяется геометрическими размерами токоподводов.

При соприкосновении жидкого расплава с токопроводами дальнейшее расплавление флюса проходит как за счет нагревательных элементов, так и за счет сопротивления флюса, находящегося в жидкой фазе.

Для расплавления остальной массы флюса, 1500 кг, необходимо затратить энергии:

Q_ост = Q_общ - Q_фл¹ . (48)

Q_ост = 337790 - 37670 = 300120 Вт = 300,12 кВт,

= 2218 Вт = 2,22 кВт,

= 39687 Вт = 39,69 кВт.

Мощность печи равна:

P = Q_ост + Q_тепл + Q_т.к.з., (49)

где Q_ост - общий расход тепла, Вт,_.

P - мощность печи для расплавления 1500 кг флюса с помощью расплавленного флюса, Вт.

P = 300120 + 2,22 + 39,69 · (0,3 + 1) = 353,94 кВт.

Плавление оставшейся массы флюса, 1500 кг, происходит в течение четырех часов. За четыре часа работы печи, после наплавления 200 кг флюса необходимая мощность по формулам (36), (37), (38), (49) равна:

P_4ч = 300,12 + (2218+39687 · 1,3) · 4 = 515390 Вт = 515,39 кВт,

что за 1 час составляет:

P_1ч = 515390 / 4 = 128880 Вт = 128,88 кВт.

Необходимая мощность между фазами по формуле (42) равна:

Р_1ч^ф = 128880 / 3 = 43000 Вт = 43,0 кВт.

Нагрев флюса проходит за счет сопротивления нихромовой ленты и сопротивления расплавленного флюса. Фазовое сопротивление нихромовой ленты (R_ф) и сопротивление флюса (R_ф) «работают» параллельно.

Необходимое общее сопротивление (R_общ) по формуле (43) равно:

50² / 43000 = 0,0581 Ом

Сопротивление флюса определяется по формуле:

. (50)

R_фл = (0,0581 · 0,0876) / (0,0876 - 0,0581) = 0,1725 Ом

Удельное электросопротивление расплава KCl-NaCl (_эл) при температуре 750-800 ⁰С равно 0,35-0,75 Ом·см. Для расчета принимается равным 0,7 Ом·см.

Площадь рабочей части электродов (S_m) определяется по формуле:

. (51)

S_m = (70 · 0,7) / 0,1725 = 284,0 см².

Стальной токоподвод круглого сечения с диаметром 10 см заканчивается трехгранной призмой, грани которой являются рабочей частью электрода. Ширина грани равна 8,6 см, высота 284,0 / 8,6 = 33 см.

При этом сила тока по формуле (47) равна:

I = 43000 / 50 = 860 А.

3.6.5 Режим работы печи для плавки флюса

Электрическая установка рассчитана на плавку 1,7 т флюса за 5 часов. Установка подключена к трехфазной сети по схеме «треугольник» с максимальной мощностью 130 кВт в час.

За первый час с помощью нагревателей плавится 200 кг флюса. При этом межфазное напряжение на вторичной обмотке регулирующего трансформатора равно 50 В; сила тока равна 570,8 А; нагревателями являются три зигзагообразные ленты сечением 30x3 мм, длиной 6,65 м из сплава Х20Н80 (нихром), расположенные на дне печи. Мощность установки за первый час составляет 85,62 кВт.

За остальные четыре часа наплавляется 1500 кг флюса. При этом нагрев происходит как за счет нагревателей, так и за счет сопротивления расплавленного флюса. Межфазное напряжение на вторичной обмотке регулирующего трансформатора равно 50 В; сила тока равна 860,0 А; расстояние между электродами равно 70 см. Мощность установки составляет 129 кВт за час работы.

3.7 Технология применения покровно-рафинирующего флюса в индукционных и отражательных печах

Сырье из сортировочного цеха поступает в шихтоподготовительное отделение, где производится распределение отсортированного лома по печам на плавку, исходя из шихтовой карты. Плавка вторичного алюминиевого сырья на ПЗЦМ производится в отражательном и индукционном отделениях.

3.7.1 Применение флюса в отражательных печах

В отражательном отделении плавильного цеха ПЗЦМ используются отражательные печи емкостью плавильных камер 15-18 тонн. Подготовленная шихта из ларей шихтарника автопогрузчиком перегружается в мульды. С помощью завалочной машины сырье загружается в плавильную камеру через загрузочные окна. Нагрев и расплавление металла происходит за счет тепла, выделяемого при сгорании газа. Расплавленный металл по переливному желобу направляется в копильник, где и производится корректировка и рафинирование сплава /14/. Готовый сплав разливают в изложницы разливочной машины. Схема отражательной печи представлена на рисунке 15.



1 - разливочная машина; 4 - переливной желоб;

2 - плавильная камера; 5 - сливной желоб;

3 - копильник; 6 - загрузочные окна.

Рисунок 15 - Схема отражательной двухкамерной печи

Рафинирование алюминиевого сплава от магния обычно происходит в копильнике перед корректировкой. На разогретый металл засыпают покровный флюс. После его расплавления загружают необходимое расчетное количество рафинирующего флюса, например криолит или «Экораф-3», и перемешивают с помощью завалочной машины. После взаимодействия флюса со сплавом и извлечением необходимого количества магния, флюс снимают в виде шлака граблями завалочной машины и производят корректировку.

При применении нового состава покровно-рафинирующего флюса, представленного в данной работе, с целью повышения эффективности процесса рафинирования, предлагается изменить порядок введения флюса.

Перед переливом сырого сплава из плавильной камеры на дно разогретого копильника загружается покровно-рафинирующий флюс. Затем переливается расплавленный металл. Во время перелива происходит интенсивное перемешивание флюса с расплавом, вследствие чего достигается максимально возможное взаимодействие активного рафинирующего компонента флюса с магнием, находящимся в сплаве. Флюс, имеющий более низкую плотность, чем алюминиевый сплав, всплывая на поверхность и проходя через толщу расплава, рафинирует сплав от магния и покрывает его, защищая от окисления кислородом воздуха. Магний вступает во взаимодействие с метафторалюминатом натрия по реакции (17). Процесс перелива составляет примерно 20 минут, этого вполне достаточно для завершения процесса рафинирования.

В 16 тоннах алюминиевого сплава содержится магния примерно 0,8 массовых долей %, что составляет 128 кг. При рафинировании содержание магния уменьшается вдвое до 0,4 массовых долей %, следовательно, примерно 0,4 массовых долей % магния прореагирует с метафторалюминатом натрия, что составляет 64кг.

По реакции (17) составляется пропорция:

Х кг NaAlF₄ прореагирует с 64 кг Mg, также как

2 · 126 кг/моль NaAlF₄ прореагирует с 3 · 24 кг/моль Mg,

откуда Х = 2 · 126 · 64 / 3 · 24 = 224 кг.

Общий расход флюса определяется из пропорции:

224 кг - 20 массовых долей % NaAlF₄,

Y кг - 100 массовых долей флюса,

откуда Y = 224 · 100 / 20 = 1120 кг

Выход реагента в отражательной печи составляет 80 %, поэтому флюса надо взять на 20 % больше рассчитанного количества, т.е. 1120 · 1,2 = 1344 кг = 1,3 т.

Таким образом, расход метафторалюмината натрия на рафинирование 16 тонн алюминиевого сплава составляет 268,8 кг при общем расходе флюса равном 1,3 тонны.

3.7.2 Применение флюса в индукционных печах

В индукционном отделении плавильного цеха ПЗЦМ используются индукционные печи емкостью 6 тонн. Подготовленная шихта транспортируется в лари индукционного отделения, откуда, с помощью мостового крана подается в индукционную печь.

Процесс рафинирования сплава от магния проводят после расплавления металла и снятия с него шлака. Рафинировочный флюс загружают на расплавленный металл. В процессе плавки металл движется под действием сил электромагнитного поля, созданного током первичной обмотки, по эллиптической траектории, параллельной вертикальной оси тигля как показано на рисунке 16 /1/. Флюс, захватывается потоком металла, тем самым происходит интенсивное перемешивание. Это положительно влияет на процесс рафинирования. За счет лучшего контакта активного рафинирующего компонента флюса с магнием, находящимся в сплаве, снижается время процесса рафинирования до 10 минут и уменьшается расход флюса на килограмм извлекаемого магния по сравнению с рафинированием в отражательных печах.

1 - кожух печи; 3 - индуктор (первичная обмотка);

2 - футеровка; 4 - расплавленный металл (вторичная обмотка).

Рисунок 16 - Схема индукционной тигельной печи

Расчет расхода метафторалюмината натрия на плавку в индукционной печи производится аналогично. В 6 тоннах алюминиевого сплава содержится магния 0,8 массовых долей %, что составляет 48 кг. При рафинировании содержание магния уменьшается вдвое до 0,4 массовых долей %, следовательно, примерно 0,4 массовых долей % магния прореагирует с метафторалюминатом натрия, что составляет 24кг.

По реакции (17) составляется пропорция:

Х кг NaAlF₄ прореагирует с 24 кг Mg, также как

2 · 126 кг/моль NaAlF₄ прореагирует с 3 · 24 кг/моль Mg,

где Х = 2 · 126 · 24 / 3 · 24 = 84 кг.

Выход реагента в индукционной печи составляет 100 %, что объясняется хорошим перемешиванием флюса с расплавленным сплавом.

Таким образом, расход метафторалюмината натрия на рафинирование 6 тонн алюминиевого сплава составляет 84 кг при общем расходе флюса равном 420 кг.

3.8 Безопасность жизнедеятельности и охрана окружающей среды

3.8.1 Анализ опасных и вредных факторов

В работе по разработке нового флюса для рафинирования алюминиевых сплавов от примеси магния выявлены опасные и вредные факторы /15/, анализ которых приведен в таблице 13.

Таблица 13- Классификация опасных и вредных факторов

Наименование операции	Используемое оборудование	Опасные и вредные факторы	Нормируемое значения
Плавка флюса и флюсовое рафинирование алюминиевых сплавов от магния	Лабораторная шахтная печь, тигель, термопара.	1 Повышенная температура поверхности оборудования Tрасплава = 800 °С; Тпов = 75 С 2 Повышенная загазованность воздуха рабочей зоны 3 Опасный уровень напряжения в электросети I = 5 А, U = 220 В, f = 50 Гц	Tпов ? 45 °С; ПДКNaCl = = 5,0 мг/м?, ПДКAlF3 = = 0,03 мг/м?, ПДКNaF = = 0,01 мг/м?, ПДКKCl = =5,0 мг/м?, ПДКMgF2 = = 0,01 мг/м?, ПДКAl = = 2,0 мг/м?. Uд = 2 В, Iд = 0,5 мА
Спектральный анализ	Атомно-эмиссионный спектрометр	1 Опасный уровень напряжения в электросети I = 5 А, U = 220 В, f = 50 Гц	Uд = 2 В, Iд = 0,5 мА

3.8.2 Краткая физико-химическая характеристика, токсичность веществ, используемых в работе

При плавке флюса и рафинировании алюминия от примеси магния используются следующие вещества, физико-химические свойства и токсичность которых приведены согласно ГОСТ 12.1.005-99 /16/.

Фторид натрия (NaF) - порошок белого цвета.

Т_пл = 997 °С; Т_кип = 1705 °С; = 2,558 г/см³.

Гигроскопичен. ПДК_{среднесуточн.} = 0,01 мг/м³;

ПДК_{минимальноразовое} = = 0,03 мг/м³; класс опасности - 1.

Фторид алюминия (AlF₃) - бесцветный порошок.

Т_пл = 1040 °С; Т_кип = 1256 °С; = 3,07 г/см³. ПДК_{среднесуточн .}= 0,03 мг/м³; ПДК_{минимальноразовое} = 0,2 мг/м³; класс опасности - 1.

С фторидами щелочных металлов (NaF) образует комплексные соединения - гексафторалюминат натрия (Na3AlF6)

Общий характер действия фторидов. Протоплазматические яды, действующие в основном на ферменты; блокируют так же SH-группы. В результате нарушается обмен, особенно углеводный (подавляются гликолиз, образование пировиноградной и молочной кислот и угнетается тканевое дыхание). Фтор осаждает кальций, что приводит к нарушениям кальциевого и фосфорного обмена (угнетение активности щелочной фосфатазы). При остром отравлении главное значение имеет действие на центральную нервную систему и мускулатуру, а также местное действие в желудочно-кишечном тракте. При хроническом отравлении основные изменения можно видеть в костях и зубах. Наряду с этим наступают сосудистые нарушения, поражение верхних дыхательных путей, пищеварительного тракта, нервной системы и кожи /17/.

Хлорид калия (KCl) - кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде.

Т_пл = 768 °С; = 1,988 г/ см³. ПДК_{среднесуточн .}= 5,0 мг/м³;

класс опасности - 3.

Хлорид натрия (NaCl) - кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде. Т_пл = 800 °С; = 2,17 г/ см³.

ПДК_{среднесуточн .}= 5,0 мг/м³; класс опасности - 3.

Общее отравление в производственных условиях хлоридами натрия и калия исключены, так как их катионы являются составной частью живого организма; общее вредное действие их возможно лишь при приеме внутрь весьма значительных доз.

Алюминий - серебристо-белый металл, высокой чистоты обладает синеватым оттенком. Атомный вес алюминия равен 26,97;

Т_пл = 659,8 °С; Т_кип = 2500 °С; = = 2,7 г/см?.

Соли алюминия образуют с белковыми веществами альбуминаты, в сильных концентрациях вызывающее раздражение и прижигающее действие на ткани организма.

При введении алюминиевых соединений внутрь, алюминий совершенно не всасывается слизистой оболочкой желудка, вследствие чего отравления не происходит. При введении в кровь или под кожу алюминий оказывает парализующее действие на центральную нервную систему и сердце /17/.

3.8.3 Характеристика пожаровзрывоопасности

Здание К- корпуса МИСиС выполнено из несгораемых строительных материалов и конструкций и обладает второй степенью огнестойкости.

По взрывопожарной и пожарной опасности лабораторию, где проводились исследования, можно отнести к категории “Г”. Примерные конструктивные характеристики зданий в зависимости от их степени огнестойкости приведены в таблице 14. Категория помещения по взрывопожарной и пожарной опасности приведены в таблице 15.

Таблица 14 - Примерные конструктивные характеристики зданий в зависимости от их степени огнестойкости

Степень огнестойкости	Конструктивные характеристики
2	Здания с несущими и ограждающими конструкциями из естественных или искусственных материалов, из бетона, железобетона; с применением листовых и плитных негорючих материалов; в покрытых зданиях допускается применять незащищенные стальные конструкции

Таблица 15 - Категории помещений по взрывопожарной и пожарной опасности

Категория помещений	Характеристика веществ и материалов, находящихся в помещении
Г	Негорючие вещества и материалы в горячем, раскаленном или расплавленном состоянии, процесс обработки которых сопровождается выделением лучистого тепла, искр и пламени; горючие газы, жидкости и твердые вещества, которые сжигаются или утилизируются в качестве топлива

3.8.4 Санитарно-технические требования к помещению

3.8.4.1 Требования к планировке помещения

В соответствии с классификацией СанПин 2.2.2/2.1.1.1031-01 /18/, лаборатория относится к исследовательским технологическим лабораториям, которые предназначены для проведения научно-исследовательских и экспериментальных работ связанных с улучшением качества продукции освоением ее новых видов, совершенствованием существующих и внедрением новых технологических процессов.

Нормативная площадь на одного сотрудника лаборатории составляет 6 м². Реальные размеры помещения составляют 6,5х3,5х4 м. Соответственно площадь лабораторного помещения равна 23 м2. Объем помещения - 92 м2.

Площадь помещения, занятого под металлическое оборудование составляет 7,6 м2, под оборудование 8,7 м2. Коэффициент заполнения помещения металлическим оборудованием (Кз) более 0,25. Поскольку в лаборатории одновременно работают два человека, то величина площади помещения, приходящейся на одного человека с учетом коэффициента заполнения металлическим оборудованием, составляет 6,85 м?, что удовлетворяет нормам СНиП 2.09.02-85 /19/. План лаборатории представлен на рисунке 17.

3.8.4.2 Требования к микроклимату помещения

Сведения о микроклимате помещения в холодный и теплый периоды в приведены в таблице 16.

Таблица 16 - Микроклимат помещения в холодный и теплый периоды

Работа	Температура, 0С	Относительная влажность, %	Скорость движения воздуха, м/с
Категория	оптимальная	допустимая	оптимальная	допустимая	оптимальная	допустимая
		постоянная	непостоянная
Iб, холодный период года	18-20	17-23	10-24	40-60	75	0,2	0,3
Iб, теплый период года	21-23	18-27	17-29	40-60	65 при 20 0С	0,3	0,2-0,4

1, 4, 5 - стойка; 10, 12 - шкаф;

2, 3 - шкаф вытяжной; 11 - аналитические весы.

6, 7, 8, 9 - рабочий стол;

Рисунок 17 - План лаборатории

Оптимальные микроклиматические условия в лаборатории обеспечивают нормальное состояние организма человека и тепловой комфорт, а вместе с тем снижают вероятность ошибки при проведении эксперимента.

3.8.4.3 Требования к освещению лаборатории

Одним из важных факторов, влияющих на точность результатов опытов, является освещение.

Для максимального использования естественного освещения, конструктивные решения остекления здания института выполнены с учетом требований СНиП 23-05-95 /20/.

В помещение, где проводились эксперименты, установлены люминесцентные лампы типа ЛБ-40. Используется комбинированное естественное и искусственное освещение. Технические данные газоразрядных ламп представлены в таблице 17.

Таблица 17 - Технические данные газоразрядных ламп

Источник света	Мощность, Вт	Световой поток, лм	Длина, мм
ЛБ-40	40	3120	1214

Для расчета принято нормированное значение коэффициента естественного освещения (КЕО) равное 300 лк при совместном освещении по таблице 18.

Таблица 18 - Нормирование освещенности лаборатории

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
Высокой точности	от 0,3 до 0,5	Б	1 2	более 70 менее 70	300 350	100 75	40 60	15 20	3,0 2,5	1,0 0,7
Примечания 1 - характеристика зрительной работы 2 - наименьший размер объекта
Продолжение таблицы 18
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
3 - разряд зрительной работы; 4 - подразряд зрительной работы; 5 - относительная продолжительность зрительной работы, %; 6 - освещенность на рабочей поверхности от системы общего освещения, лк; 7 - цилиндрическая освещенность; 8 - показатель дискомфорта; 9 - показатель пульсации освещенности, %; 10 - КЕО при верхнем освещении, %; 11 - КЕО при боковом освещении, %.

По техническому паспорту на помещение /21/ его площадь равна 23 м².

Высота - 4 м.

Длина - 6,5 м.

Ширина - 3,5 м.

Коэффициент оптимального расположения светильников рассчитывается по формуле:

, (52)

где - коэффициент оптимального расположения светильников

L - расстояние между светильниками, м;

H - высота подвеса светильника над рабочей поверхностью, м.

= 0,6; L = 0,8 м; по формуле (52) H = 1,43.

Индекс помещения рассчитывается по следующей формуле:

, (53)

где i - индекс помещения;

А, В - габариты помещения, м;

Н - высота подвеса светильника над рабочей поверхностью, м.

По формуле (2): i = (6,5 3,5) / ((6,5+3,5) 1,43) = 1,6.

Число светильников:

, (54)

где N_св - число светильников;

Е_н - нормированное значение КЕО, лк;

S - площадь освещаемого помещения, м²;

К - коэффициент запаса, К = 1,5;

Z - коэффициент минимальной освещенности, Z = 1,2;

Ф_л - световой поток одной лампы, лм;

n - количество ламп в светильнике n = 2;

- коэффициент использования светового потока.

Значение коэффициента использования светового потока равно 0,38, коэффициент отражения пола равен 0,5 и коэффициент отражения стен равен 0,3. по формуле (54) рассчитывается N_св.:

N_св.= (300 23 1,5 1,2) / (3120 0,38 2) = 6 шт.

Реально в лаборатории находится 8 светильников (2 лампы в светильнике), следовательно, шести светильников для работы в лаборатории достаточно /22/.

3.8.5 Разработка мер защиты от опасных и вредных факторов

Выбор мер защиты от выявленных опасных и вредных факторов /22/, от воздействия которых необходима дополнительная защита, кроме предусмотренной инструкцией оборудования, приведен в таблице 19.

Таблица 19 - Опасные и вредные производственные факторы и меры защиты

Опасные и вредные факторы	Проектируемое защитное устройство	Тип устройства	Параметры устройства и его характеристика
Повышенная температура поверхности оборудования	Теплоотводящий и теплопоглощающий экраны	Стальной лист с теплоизоляцией из шамотного кирпича	Т = 480-450 0С Степень черноты стального листа е = 0,52-0,56 Шамота е = 0,59-0,56
Повышенная температура и повышенная запыленность и загазованность воздуха рабочей зоны	Вытяжной шкаф	Ц4-70 № 5	Скорость движения воздуха щ = 1,0-2,0 м/с Кратность воздухообмена К = 300-500 ч-1
Опасный уровень напряжения в электрической цепи, замыкание которой может пройти через тело человека	Защитное отключение	Iн = 5 А Iотк = 10 А	Электрощит, помещение повышенной опасности

В связи с тем, что данная работа в основном связана с повышенным содержанием фтористых соединений в воздухе рабочей зоны, то наиболее целесообразным будет выбор в качестве меры защиты вытяжного шкафа, расчет которого приведен ниже.

3.8.5.1 Расчет вытяжного шкафа

Размеры шкафа (по техническому паспорту на помещение):

А - длина (равна 2), м; В - ширина (равна 1,8), м; С - высота (равна 2,5), м.

Дверка вытяжного шкафа шириной 1,85 м открыта на высоту 1,2 м.

Количество удаляемого воздуха (L_в) из-за отсутствия в вытяжном шкафу тепловых выделений определяется по формуле (55):

L_в = 3600 F_отв. щ, (55)

где F_отв. - площадь раскрытия дверки вытяжного шкафа, м²;

щ - скорость движения воздуха, м/с.

Скорость движения воздуха зависит от предельно допустимой концентрации вредного вещества. Значение этой величины представлено в таблице 20.

Таблица 20 - Характеристика различных групп веществ

Группа	ПДК, мг/м3	Скорость движения воздуха, м/с	Кратность воздухообмена, ч-1
4	менее 1,0	1,0-2,0	300-500

По формуле (55) количество удаляемого воздуха равно

L_в = 3600 0,85 1,2 2 = 7344 м³/ч.

Объем вытяжного шкафа рассчитывается как произведение всех его измерений по формуле:

V_в.ш. = А В С, (56)

где V_в.ш - объем вытяжного шкафа, м³.

V_в.ш. = 2 1,8 2,5 = 9 м³.

Кратность воздухообмена вычисляется по формуле (57):

, (57)

где L_в - количество удаляемого воздуха из-за отсутствия в вытяжном шкафу тепловых выделений, м³/ч.

К = 7344 / 9 = 816 ч^-1.

Полученное значение К равное 816 ч^-1 удовлетворяет требованиям, представленным в таблице (20).

Тип вытяжного шкафа: Ц4 - 70 № 5; КПД = 0,7; давление - 530 Па.

Мощности электродвигателя определяется по формуле:

, (58)

где N - мощность электродвигателя, кВт;

р - давление, Па;

- КПД, доли единицы.

Мощность электродвигателя равна

N= (7344 530 10^-6) / (3.6 0,7 0,98) = 1,6 кВт.

3.8.6 Охрана окружающей среды

При флюсовом рафинировании алюминиевых сплавов используют вещества и реагенты, которые в исходном состоянии обладают токсичными свойствами по отношению к человеку и окружающей среде, т. е. обладающие способностью в относительно малых количествах нарушать нормальную жизнедеятельность организма человека и отрицательно влиять на окружающую природу. Такие вещества могут образоваться и при взаимодействии различных материалов с жидкими металлами, испарении компонентов сплавов.