Ресурсосберегающая технология термофлюсового переплава стружки алюминиевых сплавов

Размещено на http://www.allbest.ru/

стружка переплавка алюминий угар

РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ТЕРМОФЛЮСОВОГО ПЕРЕПЛАВА СТРУЖКИ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

В.А. Кечин, В.Н. Шаршин, С.В. Скитович

Качество сплава, получаемого при переплаве отходов алюминиевых сплавов и, в частности, стружки, зависит от многих факторов, основными из которых являются: однородность состава, размер частиц, степень загрязненности, наличие влаги, масел и т.д. Наряду с этим, важное значение имеет тип используемого при этом плавильного агрегата - именно данный фактор многими авторами положен в основу классификации существующих технологических процессов переплава [1,2,3].

Поскольку переплав стружки связан с опасностью чрезмерного загрязнения расплава неметаллическими включениями и газами, поэтому необходимы, во-первых, качественная подготовка стружки к переплаву (дробление, сушка, удаление механических примесей черных сплавов и неметаллических загрязнений) и, во-вторых, глубокая очистка полученного расплава, требующая повышенного расхода электроэнергии, флюсов и рафинирующих газов.

На заводах вторичной цветной металлургии для переплава отходов алюминиевых сплавов широкое распространение получили топливные и электрические отражательные печи, а также индукционные печи большой емкости. Кроме того, применяют барабанные вращающиеся печи.

В литейных цехах машиностроительных предприятий для переплава стружки, как правило, используют стандартное технологическое оборудование: индукционные тигельные и канальные печи, электрические печи сопротивления, а также плавильные агрегаты специальных конструкций.

Типовой процесс плавки стружки в отражательной печи заключается в следующем. Стружку загружают на предварительно наплавленную жидкую ванну металла, причем ее масса должна составлять 30 - 40 % от массы всей загрузки. Перед загрузкой стружки ванну нагревают до 750-800°С и покрывают тонким слоем расплавленного флюса. Сыпучую стружку загружают в печь мульдами горкой (вьюнообразную - в виде пакетов), при этом ранее загруженную стружку слегка прижимают (утапливают) мульдой. После замешивания стружки кашеобразную массу доводят до полного расплавления и перегревают до температуры 800 °С, после чего приступают к загрузке следующей партии стружки. Расход флюса, в зависимости от окисленности стружки, может составлять 40 - 100 % от ее массы [1].

Основным недостатком процесса переплава стружки в топливной отражательной печи является повышенный угар алюминия (до 20 % и более), что объясняется интенсивным окислением при взаимодействии развитой поверхности стружки с печными газами [1,2].

Известна технология плавки стружки перегретым флюсом в установке, состоящей из двух печей. В отражательной печи, обогреваемой газовыми горелками, расплавляют флюс, теплом которого в другой печи плавят стружку и мелкие отходы. В качестве флюса применяют смесь состава, %: 50 KCl, 45 NaCl и 5 Na3AlF6. Извлечение металла при данном способе плавки составляет 97,5 % [2]. Однако значительный угар флюса и сложная конструкция установки не позволили данному способу получить широкого распространения.

Наряду с отражательными печами, широкое распространение получили индукционные канальные и тигельные печи, что обусловлено их высокой производительностью, а также наличием в большинстве литейных цехов машиностроительных предприятий, т.е. непосредственно в местах образования стружки. Кроме того, данные печи превосходят отражательные по санитарно-гигиеническим и технико-экономическим показателям [1].

На предприятиях вторичной цветной металлургии используют канальные печи емкостью 1,5 - 5 т [2] (10 - 22 т по данным [4]). Плавку стружки начинают с подготовки "болота", которое подогревают до 780°С и затем до полной вместимости загружают шихту. После расплавления шихты в печь загружают флюс состава, %: 64 хлоркалиевого электролита, 32 сильвинита и 4 криолита. В зависимости от вида и состояния стружки расход флюса колеблется от 1 до 10 %. Угар при плавке алюминиевой стружки в канальной печи составляет, ориентировочно, 3 % [4].

Для переплава стружки в литейных цехах машиностроительных предприятий применяют индукционные тигельные печи типа ИАТ емкостью 0,4 - 2,5 т. В этих печах по технологии с использованием переходящей металлической ванны в настоящее время переплавляют основное количество образующейся там стружки. Основным недостатком плавки "на болоте" является замешивание неметаллических включений в образующийся расплав, что приводит к необходимости повторного, а иногда многократного, его рафинирования. Указанный недостаток послужил основанием для поиска новых технологических схем и плавильных установок.

В последние годы появилась информация о технологических процессах переплава стружки в солевых электрических печах сопротивления, которые позволяют существенно повысить качество металла [5 - 8].

Однако, обладая существенными преимуществами, эти способы также не лишены некоторых недостатков, одним из которых является невысокое качества получаемого металла, обусловленное его загрязнением оксидными пленами и неметаллическими включениями. Это объясняется тем, что плавление стружки происходит не в объеме флюса, что желательно для достижения высокой степени очистки, а в объеме металлического расплава.

Из приведенного обзора видно, что все технологические процессы переплава стружки включают в себя необходимую операцию рафинирования полученного металла от неметаллических включений и газов.

Таким образом, многообразие существующих технологий переработки стружки определяется, в основном, масштабами переплавного производства и, соответственно, объемом переплавляемой стружки; наличием действующего плавильного оборудования и вспомогательных материалов, а также уровнем требований, предъявляемым к получаемым сплавам. В литейных цехах машиностроительных предприятий таких условий нет, поэтому вторичные алюминиевые сплавы, полученные с использованием стандартных плавильных агрегатов, в том числе и в индукционных печах с переходящей ванной, отличаются невысоким качеством и повышенным содержанием неметаллических примесей. Это приводит к необходимости поиска новых путей и решений по разработке оригинальных специализированных установок и технологических процессов.

На основании исследований взаимодействия металлических и флюсовых расплавов, ниже представлены особенности технологии термофлюсового переплава и рафинирования стружки алюминиевых сплавов (ТФП), позволяющей за один передел получать металлический расплав, соответствующий требованиям действующих стандартов по содержанию неметаллических включений и вредных примесей.

Механизм термофлюсового переплава стружки алюминиевых сплавов включает следующие стадии:

- прогрев и смачивание поверхности алюминиевой стружки расплавленным флюсом;

- разрушение и частичное растворение оксидной плены в объёме флюса;

- плавление и отделение мелких капель расплавленного алюминиевого сплава от оксидной оболочки и железосодержащих приделок в объёме флюса;

- осаждение образовавшихся мелких капель расплавленного металла в объёме флюса, сопровождающееся их активным взаимодействием с компонентами солевой системы и глубоким рафинированием от неметаллических включений;

- коалесценция алюминиевых капель с накоплением расплава в основании тигля под слоем флюса и последующим отстаиванием для завершения процессов рафинирования.

На основании термодинамического анализа процесса переплава получены уравнения для вычисления значений свободных энергий и определения термодинамической вероятности протекания процесса на каждой из стадий.

С учётом требований к флюсовым композициям для термофлюсового переплава стружки, установлено, что наиболее пригодными для успешного осуществления технологии ТФП являются флюсовые композиции на основе эквимольной смеси солей NaCl - KCl с активными добавками Na3AlF6, CaF2 и Na2SiF6.

Исследования технологии термофлюсового переплава и рафинирования стружки алюминиевых сплавов проводили с использованием печи сопротивления САТ-0,25 с графитошамотным тиглем. При переплаве использовали следующие материалы: флюс универсальный, МХЗ - 60 кг; натриевый криолит - 3,5 кг; стружку сплава АК5М7 (ориентировочно 40 кг). Флюс перед плавкой не сушили, стружку использовали необожженную, сырую, с присутствием эмульсии (влажность - 7%, содержание посторонних пылевидных примесей - 8,5%, содержание ферромагнитной фракции - 2,7%).

Технологию осуществляли следующим образом. Разогревали печь и наплавляли флюс из условия заполнения 1/3 объема тигля. После полного расплавления и перегрева флюса до температуры 750 - 780 °С вводили заранее прогретое приемное устройство (чашу). Порционную загрузку стружки производили по мере ее усвоения. По окончании процесса переплава флюс и металл разливали в изложницы, при этом в процессе разливки отливали пробы для проведения химического анализа.

Исследования химического состава полученного сплава проводили на образцах, отобранных из чушек и специально залитых пробах. Для сравнения отдельно определяли химический состав исходной стружки.

Результаты проведенных исследований представлены в табл.1.

Таблица 1 - Химический состав сплава, полученного при переплаве стружки АК5М7

В результате опытно - промышленных испытаний технологии термофлюсового переплава стружки показана принципиальная возможность получения сплава высокого качества при совмещении в одном переделе процессов переплава и рафинирования. Выход годного металла при осуществлении технологии ТФП находится на уровне 94 - 96%. Производительность процесса переплава составляет, ориентировочно, 20 - 30 кг/ч, что позволяет считать процесс экономически выгодным, но, вместе с тем, недостаточно эффективным. Вместе с тем, повышение производительности термофлюсового переплава может быть достигнуто посредством реализации одного из двух направлений: экстенсивного (увеличение мощности печи) или интенсивного (применение флюса в качестве источника тепла).

ВЫВОДЫ

1. На основе анализа результатов лабораторных и опытно-промышленных испытаний, а также анализа известных конструкций действующих плавильных агрегатов разработаны требования, предъявляемые к промышленным плавильным установкам для осуществления термофлюсового переплава алюминиевой стружки.

2. Проведены опытно-промышленные испытания технологии термофлюсового переплава стружки АК5М7 в печи САТ - 0,25. Производительность процесса в среднем составила 20 - 30 кг/час, выход годного металла 94-96 %. Отливки из полученного металла соответствуют требованиям ГОСТ 1583-93 по химическому составу и механическим свойствам.

3. Разработана технология осуществления процесса термофлюсового переплава стружки в индукционных тигельных печах. Проведена апробация технологии в печи ЛПЗ - 67 с графитовым тиглем.

4. Анализ экспериментальных данных полученных при переплаве стружки в солевой печи сопротивления и индукционной тигельной печи показал, что основные показатели эффективности технологии и качества металла находятся на высоком уровне. В частности, в обоих случаях выход годного металла составил 93 - 94 %; слитки имеют 1-2 балл пористости по шкале ВИАМ; химический состав полученного сплава соответствует химическому составу стружки; расход флюса на 1 т стружки, ориентировочно, составляет 20 - 40%.

ЛИТЕРАТУРА

1. Ларионов Г.В. Вторичный алюминий. - М.: Металлургия, - 1967, - 271 с.

2. Технология вторичных цветных металлов. Учебник для вузов/ Худяков И.Ф., Дорошеквич А.П., Кляйн С.Э. и др. - М.: Металлургия, 1981. - 280 с.

3. Белов В.Д., Блишун А.И., Глотова Л.В. Влияние состава печной атмосферы на скорость окисления алюминия. // Известия вузов. Цветная металлургия. 1996. - № 4. С. 20 - 22.

4. Gullman L., Sjoberg G. Schmelzen von Aluminiumschrott in Rinneninduktionsofen // "Stranggiesen: Schmelzen - Giessen - Uberwachen". Oberursel/Ts., 1986, 27 - 46

5. Смольников Е.А. Термическая и химико-термическая обработка инструмента в соляных ваннах. М.: Машиностроение. 1989.

6. Кауфман В.Г., Михайлов Л.А., Пылаев В.М. Электрические печи с жидким теплоносителем М.: Энергия. 1973

7. А.С. СССР № 846959, М.Кл.3 F 27 B 17/00, заявлено 25.06.79, опубл. 15.07.81. БИ № 26. Электрическая солевая печь для плавки цветных металлов.

8. Патент № 2089630, МКИ С 22 В 7/00, 9/10, заявлено 30.04.93, опубл. 10.09.97. Способ переработки лома алюминиевых сплавов.

Размещено на Allbest.ru