Способ приготовления вторичных алюминиевых сплавов

Способ приготовления вторичных алюминиевых сплавов

Реферат

 

Изобретение относится к технологии производства вторичных алюминиевых сплавов. Техническим результатом изобретения является повышение металлургического выхода стружки и непосредственное использование в качестве шихты отсевов с достаточно высоким металлургическим выходом. Сущность изобретения заключается в том, что в печь загружают и расплавляют тяжелый лом, наводят на поверхность расплава флюс, состоящий из сплава хлоридов металлов, в количестве 0,1-0,2 от массы металла и на поверхность флюса загружают и вмешивают в расплав до расплавления стружку вместе с отсевами в количестве 0,02-0,05 от массы металла. Металлургический выход по стружке составил 94%, а по отсевам - 82%. При этом в 1,5 раза возрастает глубина очистки от водорода и в 1,4 раза - Al₂O₃. 1 табл.

Изобретение относится к области цветной металлургии, конкретно к технологии производства вторичных алюминиевых сплавов.

Известен способ приготовления вторичных алюминиевых сплавов, включающий загрузку и плавление тяжелого лома, введение в расплав пакетированной стружки (либо одновременное введение тяжелых ломов и пакетированной стружки на сухую подину печи с последующим расплавлением их под слоем флюса), наведение флюса, легирование, съем шлака и разливку готового сплава (см. Койбаш В.А., Резняков А. А. Оборудование предприятий вторичной цветной металлургии. М.: Металлургия, 1976, 232 с.).

Основные недостатки этого способа заключаются в необходимости предварительного пакетирования стружки, сравнительно невысоком металлургическом выходе по стружке и во взрывоопасности этой технологии. Сравнительно невысокую величину металлургического выхода по стружке здесь можно объяснить тем, что используемый состав флюса (эквимолярная смесь NaCl-KCl с добавкой криолита) способствует заметным потерям алюминия из-за невысокой величины поверхностного натяжения на границе раздела фаз металл-оксид-флюс, а также вследствие того, что в расплаве не только образуется суфторид алюминия, но и вытесняется натрий по реакции: 5Al + Na₃AlF₆ 6AlF + Na (см. Ларионов Г.В. Вторичный алюминий. М.: Металлургия, 1967, 272 с.).

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ приготовления вторичных алюминиевых сплавов, включающий загрузку и расплавление тяжелого лома, наведение флюса на поверхности расплава, загрузку, вмешивание и расплавление сыпучей стружки, легирование, съем шлака и разливку готового сплава. Здесь в качестве флюсовой композиции используется эквимолярная смесь солей NaCl-KCl с добавками до 10% криолита. Флюс вводят в количестве 0,1-0,3 от массы металла (см. Ершов Г.С., Бычков Ю.Б. Высокопрочные алюминиевые сплавы на основе вторичного сырья. М.: Металлургия, 1979, 192 с.).

Основной недостаток этого способа состоит в том, что он не обеспечивает достижения достаточно высокого металлургического выхода по стружке (не превышает 80-83%), что объясняется потерями металла за счет частичного неудовлетворительного воздействия компонентов флюса на поверхностное натяжение на границе раздела фаз и на химические процессы в расплаве.

При производстве вторичных алюминиевых сплавов в качестве шихты традиционного используют тяжелые лома, съемы и стружку. Отсевы, являющиеся отходами процесса механической переработки стружки и имеющие повышенное содержание вредных металлургических примесей и сечение фракции 1 мм, непосредственно для приготовления сплавов не используют, а перерабатывают их в специальных солевых вращающихся печах с максимальным металлургическим выходом, не превышающим 50%.

Технической задачей изобретения является повышение металлургического выхода стружки и непосредственное использование в качестве шихты отсевов с достаточно высоким металлургическим выходом.

Решение поставленной задачи заключается в том, что в печь загружают и расплавляют тяжелый дом, наводят на поверхность расплава флюс, состоящий из плава хлоридов металлов, в количестве 0,1-0,2 от массы металла и на поверхность флюса загружают и вмешивают в расплав до расплавления стружку вместе с отсевами в количестве 0,02-0,05 от массы металла.

Снижение потерь металла при использовании в качестве шихты материала с развитой поверхностью (стружка, отсевы) определяется, главным образом, поверхностными явлениями на границе раздела фаз металл-оксид-флюс, поскольку растворимость Al₂O₃ в галоидных солях очень мала.

Условия ведения процесса по изобретению являются более благоприятными с точки зрения снижения потерь металла по сравнению с условиями известного способа - это объясняется тем, что в известном способе субгалоиды металлов образуются в результате взаимодействия компонентов флюса с жидким металлом, тем самым повышая его потери, а в изобретении они выделяются из плава хлоридов металлов при его расплавлении. При этом краевой угол смачивания на границе фаз оксид-металл в изобретении составляет 140-150^o, а в известном - 100-110^o. Кроме того, в изобретении достигается дополнительный эффект, заключающийся в повышении степени рафинирования расплава от примесей H₂, Al₂O₃, Mg.

Выбранные параметры лимитируются следующими факторами.

Установлено, что при выборе количества вводимого флюса, составляющем меньше 0,1 от массы металла, достигается приемлемо высокая величина металлургическая выхода по отсевам и стружке, но не обеспечивается необходимая степень рафинирования расплава от примесей H₂, Al₂O₃ и Mg; когда же количество вводимого флюса превышает 0,2 от массы металла не происходит улучшения уже достигнутых показателей, т.е. имеет место непроизводительный расход флюса. При выборе количества отсевов, составляющем менее 0,02 от массы металла снижается эффективность их использования; а когда загружаемое количество отсевов превышает 0,05 от массы металла, возможно повышение выше допустимого содержания переходящих в расплав вредных металлических примесей.

Заявляемый способ испытан в промышленных условиях при приготовлении сплава АК5М2 в двухкамерной газовой отражательной печи.

Пример выполнения способа.

В плавильную камеру печи загружали 15500 кг тяжелых ломов, после их расплавления и достижения температуры 800^oC снимали шлак и переливали металл в камеру-копильник, где вначале осуществляли отбор пробы для экспресс-анализа химического состава расплава, затем на поверхность последнего загружали флюс - плав хлоридов металлов в количестве 1550 кг (что составляет 0,1 от массы металла), после его расплавления загружали стружку в количестве 3875 кг (что составляло 25% от массы металла) вместе с отсевами в количестве 581 кг (что составляло 0,037 от массы металла). Затем после вмешивания и расплавления стружки и отсевов отбирали пробу на экспресс-анализ химического состава, производили дополнительное легирование сплава медью и кремнием и, после растворения последних, вновь отбирали пробу на химсостав. После получения удовлетворительного результата анализа снимали шлак и производили разливку готового сплава.

Анализ полученных данных показал, что металлургический выход по стружке составил 94%, что заметно превышает величину, достигаемую при использовании известных способов, а по отсевам - 82%, что значительно выше, чем получают даже в специальных солевых печах, и свидетельствует о возможности их эффективного непосредственного использования в качестве шихты при приготовлении вторичных сплавов. При этом содержание в сплаве цинка и железа составило 1,3% и 0,9% соответственно, а магния - 0,8% - все эти значения ниже требований ГОСТа. Кроме того, здесь концентрация водорода снизилась почти в 2 раза (с 0,45 см³/100 г до 0,23 см³/100 г), а содержание оксида алюминия снизилось с 0,08% до 0,037%.

Заявляемый способ испытывался также при запредельных и предельных значениях выбранных параметров. Исследовался и известный способ (прототип).

Результаты исследований приведены в таблице.

Из данных таблицы следует, что наиболее высокие контролируемые показатели процесса достигаются по изобретению. Так, металлургический выход по стружке по сравнению со способом-прототипом увеличился более чем на 10% за счет снижения потерь металла. Показала возможность непосредственного использования отсевов в качестве шихтового материала (без предварительной их переработки в солевых печах) с чрезвычайно высоким для такого вида сырья металлургическим выходом, величина которого не ниже 82%. При этом в 1,5 раза возрастает глубина очистки от водорода и в 1,4 раза - от Al₂O₃; во всех случаях уровень содержания примесей цинка, железа и магния не превышает требуемых ГОСТом значений.

Формула изобретения

Способ приготовления вторичных алюминиевых сплавов, включающий загрузку в печь и расплавление тяжелого лома, наведение флюса на поверхность расплава, загрузку, вмешивание в расплав и расплавление стружки, легирование, отличающийся тем, что флюс, состоящий из плава хлоридов металлов, вводят в количестве 0,1-0,2 от массы загружаемого металла, при этом вместе со стружкой загружают ее отсевы, составляющие 0,02-0,05 от массы загружаемого металла.

РИСУНКИ

Рисунок 1