Металлургия вторичного алюминия.
|
Раздел ГРНТИ: Производство цветных металлов и сплавов
Г.В.Галевский, Н.М.Кулагин, М.Я.Минцис.
Наука, 1998 г.
Ссылка доступна только зарегистрированным пользователям. |
 |
1.2. Классификация и характеристика вторичного сырья
Лом и отходы цветных металлов (в том числе алюминия) классифицируются по физическим признакам на классы, по химическому составу — на группы и марки, по показателям качества — на сорта.
Масса лома и кусковых отходов согласно ГОСТ 1639—93 всех групп должна быть не более 100 кг, размеры — не более 600x600x1500 мм, размеры кусков низкокачественного лома и отходов не должны превышать 1000x1000x2000 мм. Проволока, обрезь труб, листов, лент, высечка из листов, фольга, тубы, проводники тока должны поставляться в пакетах или связках, и их масса не должна превышать 150 кг. По соглашению между поставщиком и потребителем допускается сдача лома и отходов алюминия, превышающих указанные выше массу и размеры.
Лом и отходы алюминия и алюминиевых сплавов по ГОСТ 1639—93 разделены на три класса: лом и кусковые отходы (класс А), стружку (класс Б) и прочие отходы (класс Г). Класс А в свою очередь подразделяется на 10 групп.
Группа I. Алюминий чистый (нелегированный), содержание А1 — не менее 99 %, примесей — не более 1 % (в том числе Si — 0,5, Fe - 0,5, Zn — 0,1, Си — 0,05 %); в группу входят металлы марок А999, А995, А99, А95, А85, А8, А7, А7Е, А6, А5, А5Е, АО, АД0, АД.
Группа II, Сплавы алюминиевые деформируемые с низким содержанием магния, не более (%): Mg — 0,8, Си — 4,8, Fe — 0,7, Si — 0,7, Zn — 0,3; в группу входят Сплавы марок Д1, В65, Д18, Д1П, АД31.
Группа III. Сплавы алюминиевые деформируемые с высоким содержанием магния, не более (%): Mg — 1,8, Си — 4,9, Fe — 0,7, Si — 0,7, Zn — 0,3; в группу входят Сплавы марок Д12, Д16, АМН, Д16П.
Группа IV. Сплавы алюминиевые литейные с низким содержанием меди, не более (%): Си — 1,5, Si — 13,0, Fe — 1,5, Mg — 0,6, Zn — 0,5; в группу входят Сплавы марок АЛ5, АЛ32, АЛ2, АЛ4, АЛ4-1, АЛ9, АЛ9-1, АЛ34 (ВАЛ5), АК9 (АЛ4В), АК7 (АЛ9В), АЛ5-1.
1.4. Образование лома и отходов алюминия
Лом и отходы металлов подразделяют на оборотные (перерабатываемые в местах образования) и товарные, направляемые для переработки на другие предприятия. Переработка лома и отходов в местах их образования — главное направление их рационального использования. Однако объемы переработки лома и отходов в местах их формирования ограничиваются техническими и технологическими возможностями на данных предприятиях, вследствие чего образуются товарные ресурсы этого вторичного сырья, которые составляют около 30 % от общих ресурсов отходов и лома [3].
ПЕРВИЧНАЯ ПЕРЕРАБОТКА ЛОМА И ОТХОДОВ АЛЮМИНИЯ
Под первичной переработкой лома и отходов понимают приведение их в состояние, пригодное для дальнейшей эффективной металлургической переработки. Ее осуществляют на местах образования лома, в цехах заготовительных организаций и в шихтовых дворах металлургических заводов, производящих цветные металлы и Сплавы из вторичного сырья.
Тщательная и качественная подготовка лома и отходов алюминия к дальнейшему металлургическому переделу позволяет иметь минимальные потери металла, снизить удельные расходы энергоресурсов и флюсов, значительно улучшить качество продукции и в конечном итоге повысить технико-экономические показатели предприятия.
Амортизационный лом и засоренные отходы подвергают первичной переработке, проведение которой предусматривает следующие операции: сортировку, разделку, пакетирование (брикетирование), дробление, измельчение, сушку и обезжиривание, обогащение в тяжелых средах, магнитную сепарацию и другие виды обработки.
Глава 3
Видовая сортировка лома и отходов алюминия
Цель этой первичной операции переработки вторичного сырья — разделить лом и отходы на однородные цветные металлы и сплавы, а также удалить черные металлы и неметаллические материалы. Видовую сортировку проводят главным образом вручную, и потому она является самой трудоемкой операцией по переработке лома и отходов.
С повышением содержания магния в сплавах активность взаимодействия металла с сульфатами растет — перемешивание расплава, содержащего окисленные образцы металла, приводит к взрыву. Для предотвращения взрывов в отражательных печах при плавке алюминия с флюсами необходимо принимать меры, устраняющие попадание перегретого алюминия в борова и стояки печей, систематически удалять накапливающиеся в печах сульфатные отходы и не допускать повышения температуры в стояках и боровах выше 1000 °С.
Взаимодействие газов с алюминием и его сплавами является химическим процессом, который не всегда обусловливает образование новых веществ. Началом контакта газа с металлом (перед последующими диффузией и абсорбцией) может быть только активированная адсорбция, возможная лишь при химическом сродстве реагирующих веществ. Поэтому борьбу с неметаллическими включениями следует рассматривать как предупреждение химического взаимодействия между металлом и примесями.
Во многих литейных цехах Алюминий и алюминиевые Сплавы плавят и разливают без флюсов. Оксиды, образующиеся на поверхности расплава, смешиваются с пылью и грязью, занесенными с шихтой, а также с частицами футеровки печи. Удаленная с зеркала металла такая смесь, пропитанная жидким металлом и похожая на пену, называется шлаками или съемами. К последним также относятся настыли с разливочных ковшей и пена, образующаяся при переливке жидкого сплава. При удалении шлаков вместе с ними захватывается значительное количество металла, достигающее 80 % от массы шлака, для извлечения которого нужна специальная технология.
Шлаки бывают двух видов — кусковатые и порошковидные. Кусковатые шлаки представляют собой бесформенные куски различных размеров с содержанием металла до 80 %, они не дробятся, что затрудняет подготовку их к плавке. Порошкообразные шлаки — это порошок, полученный чаще всего в результате разложения кусковатых съемов и содержащий 10—20 % металла. При хранении горячих шлаков они интенсивно окисляются, причем концентрация металла в них уменьшается. В случае длительного хранения, особенно на открытом воздухе, они очень быстро корродируют и содержание металла в них может быть близко к нулю.
Большинство низкотемпературных способов переработки шлаков заключается в выделении корольков металла механическим путем — рассевом предварительно раздробленного и измельченного шлака. Эти способы чаще всего используются для переработки холодных "сухих" шлаков с содержанием металла выше 30 %. Общий недостаток всех способов — низкое извлечение металла (порядка 50—60 %) и высокая стоимость оборудования.
К низкотемпературным способам переработки шлаков можно отнести гидрометаллургический способ, разработанный Подольским заводом цветных металлов совместно с институтом ВНИИПвторцветмет, включающий в себя операции дробления, выщелачивания хлоридов водой с последующим осветлением и выпариванием растворов с целью возврата металла и извлечения солей. Несмотря на явные преимущества — ликвидация шлаковых отвалов — данный способ позволяет извлечь только около 60% металла............
При плавке алюминия часто применяют флюсы, которые можно подразделить на защитные (покровные) и рафинирующие. Рафинирующие флюсы и их действие описаны в гл. 9, а в этом разделе рассматриваются только защитные флюсы, применяемые с целью уменьшения потерь металла при плавке алюминиевых сплавов.
Плавка чушек и плотного лома возможна без участия флюсов, но при переработке мелкого лома и отходов с высокой удельной поверхностью использование флюсов значительно сокращает потери металла от окисления и способствует коагуляции капель жидкого металла. Образующаяся на поверхности металла оксидная пленка обладает большой механической прочностью и сохраняет форму кусочка металла, когда последний уже расплавился.
7.5. Оплавочные печи
Для получения качественных вторичных сплавов алюминиевое сырье перед плавкой необходимо разделать, удалив из него железные и другие неоплавляемые приделки, но такая операция трудоемка, малопроизводительна, требует больших затрат неквалифицированного труда. Поэтому многие предприятия вместо предварительной разделки сырья стали использовать специальные печи, называемые оплавочными. Принцип работы данных печей заключается в том, что на наклонной подине неразделанное алюминиевое сырье с железными приделками нагревается до температуры плавления алюминия теплом факела или иным способом. Расплавленный Алюминий по наклонному поду стекает в металлоприемник, а освобожденные от алюминия железные приделки задерживаются на поду специальной керамической решеткой и удаляются из печи. Полученный сплав направляется на корректировку для получения марочных сплавов. Шихту загружают в две оплавочные камеры через окна в сводах с помощью мостового крана и коробов (рис. 7.11). Жидкий металл непрерывно стекает в копильник, а чистку наклонного пода оплавочных камер проводят через окна в торцевой стене. Печь работает на естественной тяге дымовой трубы, регулируемой шибером. Горелки оплавочных камер создают петлеобразное движение газов.
Производство сплавов в электрических печах
Электрические печи по способу превращения электрической энергии в тепловую делятся на три группы: дуговые, сопротивления и индукционные.
Дуговые печи, в которых электрическая энергия превращается в тепловую в электрической дуге, развивают температуру до 3000 °С, и поэтому они нашли широкое применение в производстве стали, но для плавки алюминия и его сплавов они не пригодны из-за большого угара металла.
Печи сопротивления, в которых электрическая энергия превращается в тепловую в проводниках с высоким омическим сопротивлением, широко используют для плавки алюминия. Эти печи делятся на камерные и тигельные, причем камерные печи работают как отражательные. Загруженная в них шихта нагревается за счет лучеиспускания нагревателей из нихрома, расположенных в своде и по стенкам печи. Такие печи типа САН и САК применяют для плавки чушкового алюминия в литейных цехах, но их нельзя использовать для плавки под флюсами, возгоны которых разрушают нагревательные элементы, а следовательно, для плавки лома и отходов алюминия. Тигельные печи сопротивления малоэффективны и применяются для плавки алюминия в лабораториях и в цехах с малым потреблением металла.
Для плавки алюминия, а также лома и мелких отходов наиболее широкое распространение получили индукционные электрические печи, которые по конструкции делятся на канальные (ИКП) и тигельные (ИТП). Кроме того, в производстве качественных сплавов широко применяются индукционные вакуумные печи (ИВП) различных конструкций.
Основные преимущества электрических печей: резкое улучшение экологии за счет отсутствия дымовых газов; простота регулировки температуры в печи; улучшение качества за счет снижения содержания газа в сплаве; нагрев металла в индукционных печах изнутри, что позволяет вести плавку при низких температурах; повышенная культура производства (создаются предпосылки полной механизации и автоматизации производства). 1
8.1. Электрические печи сопротивления
Печи сопротивления получили широкое распространение на заводах, где производство алюминия и его сплавов приобрело большие масштабы. По форме рабочего пространства они делятся на тигельные и камерные. По принципу действия к этому типу можно отнести и электрические оплавочные солевые печи. Основные преимущества печей сопротивления следующие: небольшой угар металла; высокий тепловой КПД (до 70 %); незначительное поглощение газов металлом; сравнительно небольшой расход электроэнергии (450—500 кВт-ч/т) и простота конструкции. Наиболее широкое распространение для плавки алюминия и его сплавов получили камерные печи сопротивления, а тигельные применяются в лабораториях и при производстве изделий с небольшим расходом металла.