Худяков И.Ф.(ред.)Технология вторичных цветных металлов

Подождите немного. Документ загружается.

вынужденным, так как при этом существенно увеличи-

вается поверхность рекуператора.

При загрузке печи малыми порциями приходится час-

то открывать окна. Это приводит к существенным поте-

рям тепла.

В настоящее время пред-

лагается строить отража-

тельные печи со съемными

сводами, которые можно

загружать сверху большими

по массе и объему партиями

сырья. После загрузки ших-

ты свод устанавливают . на

прежнее место. Сокращение

длительности операции за-

грузки печи шихтой позво-

лит уменьшить потери тепла.

В последнее время за рубежом получили распространение отра-

жательные печи с выносной камерой без свода. Поперечный разрез

такой печи показан на рис. 29. В оосновной ванне происходит нагрев

металла, который затем перекачивают в выносную ванну. Загружае-

мая в последнюю шихта интенсивно омывается при этом разогретым

металлом. Благодаря соприкосновению с разогретой жидкостью

шихта быстро расплавляется. Циркуляция металла осуществляется

механическими и магнитно-гидродинамическими насосами. При плав-

лении лома в выносной камере последний не имеет прямого контакта

с пламенем и поэтому потери металла на угар минимальны. Плавку

ведут без флюса, следовательно, выброс вредных газов в атмосферу

намного ниже, чем при работе обычных отражательных печей.

Алюминиевый лом и отходы перерабатывают в шахтных печах.

Эти печи имеют более высокий тепловой к. п. д. и большую удельную

производительность. В шахтных печах осуществляется непрерывная

плавка, исключается вероятность перегрева металла, так как все

подводимое к сырью тепло расходуется на его нагрев и расплавле-

ние. Образовавшийся расплав перетекает в копильник. Этим отчасти

объясняются низкие потери металла в результате окисления.

В печь можно загрузить крупногабаритную шихту любой конфи-

гурации, влажную, почти неразделанную (вместе с железными при-

делками), объемом до 10 м

за одну завалку. Сокращение числа

загрузок на 1 т получаемого металла обеспечивает высокую произ-

водительность труда, уменьшает потери тепла. Также невысоки по-

тери тепла с отходящими газами, так как значительная его часть от-

дается холодной шихте при прохождении газов по шихте снизу

вверх к газоотводящему борову.

Схема печи представлена на рис. 30. Она состоит из шахты высо-

той до 4 м и двух ванн-копильников емкостью 4 т каждый, соеди-

ненных с шахтой продольными и поперечными желобами, по кото-

рым перетекает расплавленный металл. Шахта, имеющая наклонный

в сторону копильников под, отделена от последних решеткой из

огнеупорного материала, которая предотвращает попадание из пла-

носной камерой

100

вильного пространства в ванну железных приделок и других не-

оплавляемых предметов. Расплавленный металл, проходя через ре-

шетку, поступает в продольный канал, а из него по поперечному

каналу в правый или левый копилышк. Скапливающиеся на поду

шахты неоплавленные предметы периодически удаляются через бо-

ковые окна.

Нагрев шихты осуществляется несколькими горелками, распо-

ложенными на разных уровнях по высоте шахты. Это дает возмож-

ность производить дифференцированный нагрев пространства печи:

уменьшить или увеличить нагрев шихты, находящейся на поду или

М. Б-В

Рис. 30. Шахтная печь плавки лома:

/, 3— горелкн; 2 — копилышк; 4 — дымоход; 5 — решет-

ка для задержки стальных приделок; 6 — окно для уда-

ления стальных приделок с пода печи

на каком-либо другом уровне шахты печи. Горелки заглублены в

ниши, где происходит сгорание топлива. Таким образом, шихта не

соприкасается с пламенем горелок, а плавление происходит за счет

обогрева газами и отраженного от стенок тепла. В печном простран-

стве копильников также имеются горелки, которые используют при

необходимости. Наличие двух копильников обеспечивает максималь-

ную производительность печи.

Для плавки мелкой шихты, включая стружку, представляют

интерес вращающиеся короткобарабанные печи. Устройство их пока-

зано на рис. 31. Это стальной футерованный барабан, установленный

на опорных роликах. Скорость вращения барабана регулируется в

пределах от 1 до 8 об/мин. Футеровка набивная или выложена спе-

циальным фасонным кирпичом. Для усиления перемешивающего

действия при вращении печи поперечное сечение футеровки выпол-

няют в виде многоугольника или овала. Печь отапливают газом или

мазутом.

Загрузку производят через отверстие в одном из торцов печи.

Летка располагается на боковой стороне барабана.

101

Под действием тепла газового потока от сжигания топлива ра-

зогревается огнеупорная кладка печи и покровный солевой слой,

через который передается металлу часть тепла. Вследствие враще-

ния печи огнеупорная кладка «уходит» под слой металла и переда-

ет ему свое тепло за счет прямого контакта с нагретой футеровкой.

Такой способ теплопередачи дает возможность вести нагрев пла-

вильной камеры в форсированном режиме и достигать высокой про-

изводительности агрегата. Плавка во вращающейся печи обеспечи-

вает невысокий угар металла, так как загружаемая шихта вслед-

ствие вращения барабана уходит под зеркало расплава и не

окисляется. Короткобарабанные печи имеют емкость 0,5—20 т. Их

Рис. 31. Вращающаяся печь для плавки стружки:

1 — печь; 2 — горелка; 3— передвижной боров

Практика плавки лома и отходов в отражательных печах

На сухой под плавильной камеры печи, нагретой до

1000—1100°С, мульдозавалочными машинами загружа-

ют крупнокусковой лом. Возникающие очаги загорания

металла покрывают флюсом, крупные стальные детали

удаляют из ванны по мере их освобождения от алюминия

до полного расплавления шихты.

На поверхности расплава образуется слой вязкого

комковатого шлака, содержащего большое количество

металла. Снимать такой богатый металлом шлак нецеле-

сообразно, поэтому в печь загружают свежий флюс

(KChNaCl = 1:1) в количестве около 7% от массы рас-

плава и доводят его до полного расплавления. Затем

выгребают мелкие железные приделки. После удаления

всего железа в печь загружают следующую порцию ших-

ты. Извлечение железа из ванн, так же как и в предыду-

щей операции, осуществляют после наведения на зерка-

ло расплава слоя жидкого флюса. Удаление железа

повторяют три-четыре раза за плавку. Полностью запол-

ненную ванну перемешивают, шлак скачива1ют через по-

102

роги загрузочных окон в специальные короба; с чистого

зеркала металла берут пробу для экспресс-анализа, и ме-

талл переливают в копильник. Стены и под плавильной

камеры печи очищают от шлака и настылей и приступа-

ют к следующей плавке. В копильнике по результатам

анализа проводят корректировку состава сплава введе-

нием соответствующих лигатур или расшихтовочных ма-

териалов, и разливают сплав в изложницы.

При плавке кусковой шихты расходуют обычно не

более 5 % флюса; извлекают до 35 % (от массы шихты)

железа; теряют вместе со шлаком до 2 — 3 % металла;

выход его изменяется от 84 до 96 % в зависимости от

степени загрязненности сырья окислами, маслом, вла-

гой, железными приделками.

Плавку стружки ведут также в отражательной печи,

при этом ее загружают на жидкую ванну металла. Мас-

са предварительно наплавленной ванны металла из кус-

кового сырья должна составлять 35 — 40 % от массы

всей загрузки.

Стружку подают в печь небольшими порциями, вме-

шивая ее в расплавленный металл. Затем наплавляют

тонкий слой флюса. Единовременная загрузка стружки

в два окна допускается в количестве до 30 % от массы

жидкой ванны. Операции повторяют до полного запол-

нения ванны печи жидким металлом.

В некоторых случаях вьюнообразная стружка посту-

пает на заводы в пакетированном виде. Наплавление

полного объема ванны в этом случае упрощается. Одна-

ко следует иметь в виду, что в пакетах может присут-

ствовать значительное количество железа, масла и дру-

гих примесей.

Некоторую особенность представляет переработка

съемов. Они имеют рыхлую, пористую структуру с раз-

витой поверхностью. При хранении на открытых пло-

щадках съемы интенсивно окисляются, могут содержать

значительное количество влаги, поэтому их загружают

на сухой под печи, нагретый до 1000— 1100° С в количе-

стве до 35 % от общей массы плавки. Для ускорения

процесса плавления куски съемов по мере их разогрева

рыхлят, разравнивают по поверхности пода. Следующую

порцию шихты загружают, не ожидая полного расплав-

ления предыдущей. После образования жидкой ванны

загрузку кусков съемов прекращают, зеркало металла

покрывают флюсом и доводят его до полного расплавле-

103

ния. Образовавшуюся жидкую ванну можно использо-

вать для догрузки мелкокусковых съемов или другой

легко окисляющейся шихты, погружая ее в расплавлен-

ный металл.

Удаление шлака из печи производят два-три раза в

течение плавки. Перед последним скачиванием шлака

его доводят до жидкого состояния путем добавления

свежего флюса и нагрева до 750 — 800° С.

Для очистки расплава от неметаллических примесей

и выравнивания состава сплава последний вместе с флю-

сом тщательно перемешивают, отбирают пробу для

экспресс-анализа, через пороги загрузочных окон слива-

ют в короба шлак, а металл из плавильного простран-

ства переливают в копильник.

Слитый в короба шлак для ускорения объединения

капель металла перемешивают, затем отстоявшийся ме-

талл выливают в изложницы. Затвердевшие слитки ме-

талла загружают в эту же плавку. От шлака отбирают

пробу для определения содержания в нем металла.

В копильнике осуществляют корректировку хими-

ческого состава сплава, а плавильное пространство печи

подготавливают к следующей плавке.

Больше других видов сырья железом загрязнен са-

молетный лом. Его загружают в печь в пакетированном

виде. Образующиеся очаги загорания металла покры-

вают флюсом. Железные детали удаляют из ванны печн

по мере оплавления алюминиевого лома.

После заполнения ванны печи жидким металлом при-

мерно на 25 % ее общей емкости зеркало расплава засы-

пают флюсом и разогревают его до расплавления, а

затем приступают к выгребанию мелких кусков железа

с пода печи. Если металл сухой, без влаги и льда, даль-

нейшую загрузку ведут на жидкую ванну. Железо уда-

ляют по мере его накопления, но не менее 4—5 раз в

течение плавки. Температура в рабочем пространстве

печи во время плавки должна быть 800 — 900° С. С целью

предотвращения растворения железа температуру рас-

плава необходимо держать на уровне не выше 700° С.

Расход флюса при плавке составляет примерно 20 % от

массы жидкого металла, выход металла — не выше

92 %.

При плавке смешанной шихты в ее состав обычно вхо-

дят: съемы, литой кусковой лом, пакеты из мягкой вы-

сечки или из обрези, стружка и другие виды сырья.

104

В печь, нагретую до 1000—1100 °С, загружают съемы,

их нагревают до температуры, при которой шихта легко

разрыхляется, затем ее равномерно распределяют по

площади пода. Очаги загорания покрывают флюсом.

На съемы загружают литой лом. Шихту полностью

расплавляют, удаляют железо и на жидкую ванну за-

гружают пакетированное сырье, покрывая его тонким

слоем флюса. После полного расплавления пакетов про-

изводят загрузку флюса, доводят его до жидкого состоя-

ния и снимают шлак. Введение в печь стружки и йсе

последующие операции осуществляют по описанной вы-

ше технологии.

Практика плавки алюминиевого лома и отходов

в электрических индукционных печах

По конструкции индукционные плавильные печи раз-

деляют на две основные группы: канальные (рис. 32) и

тигельные (рис. 33). На предприятиях вторичной цвет-

ной металлургии используют канальные печи емкостью

1,5—5 т. Планируется применение канальных и тигель-

ных печей большей емкости. Характеристика электри-

ческих индукционных печей дана в табл. 15.

Электрические индукционные канальные печи состо-

ят из двух основных частей: шахты и съемной индукци-

Таблица 15

Характеристика индукционных канальных печей

промышленной частоты

Показатели

I II Ш IV

Емкость, т . . .

4,0

5,5

7,0

10,3

22,75

Мощность транс-

22,75

форматора, кВ-А

1000

1000 1000

1600

2400

Номинальное на-

пряжение, В . .

500

500 450

500

Число фаз . . .

3 3 3

Продолжитель-

ность плавки, мин

80—100

120—140

110—140 100—120

90—150

Расход охлаждаю-

щей воды, м

/ч .

1,5

1,5 1,5

3,6

3,75

Примечание. I—V — типы печей.

105

Рис. 32. Индукционная канальная электропечь ИЛК-6:

I — механизм перемещения крышки; 2—индуктор; 3 — опора; 4 — кожух; 5 —

футеровка; 6 — вентилятор

316k

Рис. 33. Индукционная тигельная электропечь ИЛТ-2,6:

/—крышка; 2 — индуктор; 3 — рама; 4 — плунжер; 5 — кожух выводов

106

онной нагревательной системы (подовая или канальная

часть). Кожух печи изготавливают из листовой стали,

шахту футеруют огнеупорным кирпичом. Для изготов-

ления кожуха подовой части используют немагнитные

сплавы. В футеровке подовой части (подовый камень)

имеются вертикальные каналы. Эти каналы охватывают

стальной сердечник и первичную обмотку трансформа-

тора. После заполнения каналов жидким металлом об-

разуется короткозамкнутое кольцо вторичной обмотки,

где индуктируется электрический ток большой величи-

ны. Возникшая электроэнергия превращается в тепло-

вую, металл витка быстро нагревается и передает тепло

загруженной шихте. В результате интенсивной циркуля-

ции жидкого металла (канал — шихта — канал) уско-

ряется процесс плавления и обеспечивается хорошее

перемешивание сплава. Наиболее ответственным эле-

ментом печи является подовый камень (канальная

часть). Для его изготовления используют огнеупорные

массы на основе кварцита, магнезита или хромомагне-

зита, высокоглиноземистые материалы. В качестве свя-

зующих применяют буру, борную и ортофосфорную кис-

лоты.

Электропечи загружают через окно, расположенное

в верхней части корпуса печи. Готовый сплав сливают

через носок при повороте печи. Поворотные механизмы

индукционных печей имеют гидравлический или элект-

рический привод.

Одним из основных недостатков индукционных ка-

нальных печей является быстрое зарастание каналов за

счет осаждения на их внутренней поверхности окиси

алюминия, в результате чего уменьшается их сечение,

ухудшается циркуляция металла и изменяются электри-

ческие характеристики печи. Остановка печи для чистки

и полный слив металла снижают не только ее произво-

дительность, но и стойкость футеровки подового камня.

Механизм процесса зарастания каналов печи окис-

лами до конца не изучен. Однако многие исследователи

и практики однозначно оценивают влияние некоторых

факторов. Отмечается, например, влияние мощности пе-

чи на скорость зарастания каналов. Диспергированные

частицы окислов оседают на дно шахты под действием

магнитного поля и сил тяжести, потоком металла увле-

каются в каналы и там в результате механического и

химического взаимодействия сцепляются с футеровкой.

107

Замечено, что при повышении температуры металла

этот процесс ускоряется. Не лишено оснований утверж-

дение, что образование окислов в каналах и их зарас-

тание происходит в значительной мере в результате за-

сасывания воздуха через футеровку подового камня.

Для предотвращения этого явления предлагается соз-

дать на внешней стороне подового камня слой из инерт-

ных газов.

Эффективных мер борьбы с зарастанием каналов пе-

чи пока не разработано.

Тепловой к. п. д. канальных индукционных печей со-

ставляет 65—70%, расход энергии 450 кВт-ч/т металла.

Эти печи желательно эксплуатировать при непрерывной

трехсменной работе цеха.

Вследствие интенсивности движения металла в ванне

загружаемая шихта перемещается под слой расплав-

ленного металла. Это способствует снижению потерь

металла за счет окисления. Плавку можно вести без

флюса, что положительно влияет на окружающую среду.

При благоприятном соотношении поверхности расплава

и глубины ванны потери тепла минимальны.

Помимо отмеченного, к недостаткам печи следует от-

нести необходимость использования менее окисленной

шихты, не содержащей железных приделок.

Для плавки в тигельных печах в качестве шихты ис-

пользуют кусковые отходы и лом, не содержащие

стальных приделок, сухую сыпучую стружку и пакети-

рованное, без посторонних предметов сырье, а также

первичные металлы или подготовительные сплавы в ви-

де слитков.

Сначала в пустой тигель загружают металличес-

кие слитки или кусковые отходы. Затем включают печь

и постепенно повышают напряжение на первичной об-

мотке. После образования жидкой ванны приступают к

загрузке последующих порций шихты — литого лома,

пакетов и пр.

При наличии в тигле остатка жидкого металла от

предыдущей плавки в него можно загружать некоторое

количество стружки. При заполнении тигля жидким ме-

таллом до установленного максимального уровня и на-

грева до 720—740°С производят очистку его стенок от

настылей. Всплывшие куски настылей обрабатывают

флюсом и удаляют с поверхности расплава в короба.

Расход флюса составляет 20—25 кг на 1 т стружки.

108

Содержание металла в удаленном из печи шлаке не

должно превышать 22—25 %.

При выплавке алюминиевых сплавов из вторичного

сырья в индукционных тигельных печах извлечение ме-

талла изменяется от 91—92 (при переработке стружки)

до 97—98% (при переработке лома и высокосортных

кусковых отходов). Расход электроэнергии при плавке

плотного лома и отходов составляет 600—650 кВт-ч/т

сплава, при плавке стружки он достигает 750—

800 кВт-ч/т. Для производства 1 т алюминиевого спла-

ва расходуется 1050—1100 кг металлов. Суточная произ-

водительность печей составляет 30—40 т сплава.

§12. Рафинирование алюминиевых сплавов

Рафинирование от неметаллических примесей

Выше были рассмотрены условия взаимодействия

алюминиевых сплавов с различными газами. В резуль-

тате этих процессов образуются растворы или химичес-

кие соединения в виде твердых включений.

При охлаждении расплавов растворимость газов

уменьшается и они выделяются в самостоятельную фа-

зу, образуя поры в отливках; снижаются механические

свойства изделий. Твердые неметаллические включения

при затвердевании сплавов распределяются по грани-

цам кристаллов и также снижают их механические

свойства. Основную долю растворенных газов составля-

ет водород. Твердые неметаллические включения — это

главным образом окислы алюминия.

Задача металлургов, занимающихся переработкой

вторичного сырья, — получить сплавы, не отличающиеся

по свойствам от сплавов, приготовленных из первичных

металлов. Поэтому особое внимание должно быть уде-

лено предотвращению попадания в расплав примесей,

в том числе металлических, и эффективной очистке от

них алюминиевых сплавов.

Ниже рассмотрены наиболее широко применяемые

методы рафинирования алюминиевых сплавов от не-

металлических примесей.

Фильтрация

Для фильтрации расплавов применяют активные или

неактивные фильтрующие материалы. При прохождении

109