Переплавка отходов литейных сплавов

В литейном производстве исполь­зуют отходы собственного производ­ства (оборотные ресурсы) и отходы, поступающие извне (товарные ресур­сы). При подготовке отходов выпол­няют следующие операции: сортиров­ку, сепарацию, разделку, пакетиро­вание, обезвоживание, обезжиривание, сушку и брикетирование. Для пере­плава отходов используют индукцион­ные печи. Технология переплава зави­сит от характеристик отходов — марки сплава, крупности  кусков и т. д. Особое внимание необходимо уделять переплавке стружки.

АЛЮМИНИЕВЫЕ И МАГНИЕВЫЕ СПЛАВЫ.

Самую большую группу алюминиевых отходов составляет стружка. Ее мас­совая доля в общем количестве отхо­дов достигает 40%. К первой группе отходов алюминия относят лом и от­ходы нелегированного алюминия;

во вторую группу — лом и отходы дефор­мируемых сплавов с низким содержа­нием магния [до 0,8% (маc. доля)];

в третью — лом и отходы деформируе­мых сплавов с повышенным (до 1,8%) содержанием магния;

в четвертую — отходы литейных сплавов с низким (до 1,5%) содержанием меди;

в пя­тую — литейные сплавы с высоким содержанием меди;

в шестую — де­формируемые сплавы с содержанием магния до 6,8 %;

в седьмую — с со­держанием магния до 13%;

в вось­мую — деформируемые сплавы с со­держанием цинка до 7,0%;

в девя­тую — литейные сплавы с содержанием цинка до 12 %;

в десятую — осталь­ные сплавы.

Для переплавки крупных кусковых отходов используют индукционные ти­гельные и канальные электропечи.

Размеры кусков шихты при плавке в индукционных тигельных печах не должны быть менее 8—10 см, так как именно при этих размерах кусков шихты происходит максимальное выде­ление мощности, обусловленное глу­биной проникновения тока. Поэтому не рекомендуется проводить плавку в таких печах с использованием мел­кой шихты и стружки, особенно при плавке с твердой завалкой. Крупные отходы собственного производства име­ют обычно повышенное электросопро­тивление по сравнению с исходными первичными металлами, что опреде­ляет порядок загрузки шихты и после­довательность введения компонентов в процессе плавки. Сначала загружают крупные кусковые отходы собственно­го производства, а затем (по мере появ­ления жидкой ванны) — остальные компоненты. При работе с ограничен­ной номенклатурой сплавов наиболее экономична и производительна плавка с переходящей жидкой ванной — в этом случае возможно использование мелкой шихты и стружки.

В индукционных канальных печах переплавляют отходы первого сорта — бракованные детали, слитки, крупные полуфабрикаты. Отходы второго сорта (стружку, сплесы) предварительно пе­реплавляют в индукционных тигель­ных или топливных печах с разливкой в чушки. Эти операции выполняют в целях предотвращения интенсивного зарастания каналов оксидами и ухуд­шения работы печи. Особенно отрица­тельно сказывается на зарастании ка­налов повышенное содержание в от­ходах кремния, магния и железа. Расход электроэнергии при плавке плотного лома и отходов составляет 600—650 кВт-ч/т.

Стружку алюминиевых сплавов либо переплавляют с последующей разлив­кой в чушки, либо добавляют непо­средственно в шихту при приготовле­нии рабочего сплава.

При подшихтовке базового сплава стружку вводят в расплав либо брике­тами, либо россыпью. Брикетирование повышает выход металла на 1,0%, однако более экономично введение стружки россыпью. Введение стружки в сплав более 5,0 % нецелесообразно.

Переплав стружки с разливкой в чушки осуществляют в индукционных печах с «болотом» при минимальном перегреве сплава выше температуры ликвидуса на 30—40 °С. В течение всего процесса плавки в ванну ма­лыми порциями подают флюс, чаще всего следующего химического соста­ва, % (масс. доля): КСl -47, NaCl-30, NO₃AlF₆ -23. Расход флюса составляет 2,0—2,5 % массы шихты. При плавке окисленной стружки образу­ется большое количество сухих шла­ков, происходит зарастание тигля и снижается выделяемая активная мощ­ность. Нарастание шлака толщиной 2,0—3,0 см приводит к снижению активной мощности на 10,0—15,0 %, Количество используемой в шихте предварительно переплавляемой струж­ки может быть более высоким, чем при непосредственном добавлении стружки в сплав.

ТУГОПЛАВКИЕ СПЛАВЫ.

Для пере­плавки отходов тугоплавких сплавов чаще всего используют электронно­лучевые и дуговые печи мощностью до 600 кВт. Наиболее производительна технология непрерывного переплава с переливом, когда плавка и рафини­рование отделены от кристаллизации сплава, а печь содержит четыре-пять электронных пушек различной мощ­ности, распределенных по водоохлаждаемому поду, изложнице и кристал­лизатору. При переплаве титана жид­кая ванна перегревается на 150— 200 °С выше температуры ликвидус; сливной носок изложницы обогрева­ется; форма может быть неподвижной или вращающейся вокруг своей оси с частотой до 500 об/мин. Плавка происходит при остаточном давлении 1,3-10~² Па. Процесс плавки начинают с наплавления гарнисажа, после чего вводят лом и расходуемый электрод.

При плавке в дуговых печах исполь­зуют электроды двух типов: нерасходуемые и расходуемые. При исполь­зовании нерасходуемого электрода шихту Загружают в тигель, чаще всего медный водоохлаждаемый или гра­фитовый; в качестве электрода исполь­зуют графит, вольфрам или другие тугоплавкие металлы.

При заданной мощности плавка раз­личных металлов отличается скоростью плавления и рабочим вакуумом. Плав­ка делится на два периода — нагрев электрода с тиглем и собственно плав­ление. Масса сливаемого металла на 15—20 % меньше массы загруженного в связи с образованием гарнисажа. Угар основных компонентов состав­ляет 4,0—6,0 %   (мае. доля).

НИКЕЛЕВЫЕ, МЕДНЫЕ И МЕДНО-НИКЕЛЕВЫЕ СПЛАВЫ.

Для получения ферро­никеля переплав вторичного сырья никелевых сплавов осуществляют в ду­говых электропечах. В качестве флюса используют кварц в количестве 5— 6 % массы шихты. По мере расплавления шихта оседает, поэтому необ­ходимо проводить догрузку печи, ино­гда до 10 раз. Образующиеся  шлаки имеют повышенное содержание ни­келя и других ценных металлов (воль­фрама или молибдена). В дальнейшем эти шлаки перерабатывают вместе с окисленной никелевой рудой. Выход ферроникеля составляет около 60 % массы твердой шихты.

Для переработки металлоотходов жа­ропрочных сплавов проводят окислительно-сульфидирующую плавку или экстрагирующую плавку в магнии. В последнем случае магний экстраги­рует никель, практически не извлекая вольфрам, железо и молибден.

При переработке отходов меди и ее сплавов чаще всего получают бронзы и латуни. Выплавку оловянных бронз осуществляют в отражательных печах; латуней -— в индукционных. Плавку ведут в переходящей ванне, объем которой составляет 35—45 % объема печи. При плавке латуни в первую очередь загружают стружку и флюс. Выход годного металла составляет 23—25 %, выход шлаков — 3—5 % массы шихты; расход электроэнергии изменяется от 300 до 370 кВт-ч/т.

При выплавке оловянной бронзы в первую очередь загружают также мелкую шихту — стружку, выштамповки, сетки; в последнюю очередь — крупногабаритный лом и кусковые отходы. Температура металла перед разливкой 1100—1150 °С. Извлечение металла в готовую продукцию соста­вляет 93—94,5%.

Безоловянные бронзы переплавляют в поворотных отражательных или ин­дукционных печах. Для предохране­ния от окисления используют древесный уголь или криолит, плавиковый шпат и кальцинированную соду. Рас­ход флюса составляет 2—4% массы шихты.

В первую очередь в печь за­гружают флюс и легирующие компо­ненты; в последнюю очередь — отходы бронзы и меди.

Большинство вредных примесей в медных сплавах удаляют продувкой ванны воздухом, паром или введением медной окалины. В качестве раскисли-теля используют фосфор и литий. Раскисление фосфором латуней не применяют из-за высокого сродства цинка к кислороду. Дегазация мед­ных сплавов сводится к удалению из расплава водорода; осуществляется продувкой инертными газами.

Для плавки медноникелевых спла­вов используют индукционные каналь­ные печи с кислой футеровкой. Струж­ку и другие мелкие отходы добавлять в шихту без предварительного пере­плава не рекомендуется. Склонность этих сплавов к науглероживанию ис­ключает использование древесного уг­ля и других углесодержащих мате­риалов.

ЦИНКОВЫЕ И ЛЕГКОПЛАВКИЕ СПЛАВЫ.

Переплавку отходов цинковых спла­вов (литников, стружки, сплесов) про­водят в отражательных печах. Сплавы от неметаллических примесей очищают рафинированием хлоридами, продув­кой инертными газами и фильтрова­нием. При рафинировании хлоридами в расплав с помощью колокольчика при 450—470 °С вводят 0,1—0,2% (мае. доля) хлористого аммония или 0,3—0,4 % (мае. доля) гексахлорэтана; в этом же случае рафинирование можно выполнить перемешиванием расплава до прекращения выделения продуктов реакции. Затем производят более глубокую очистку расплава филь­трованием через мелкозернистые филь­тры из магнезита, сплава фторидов магния и кальция, хлорида натрия. Температура фильтрующего слоя 500 °С, его высота 70—100 мм, размер зерен 2—3 мм.

Переплав отходов оловянных и свин­цовых сплавов ведут под слоем дре­весного угля в чугунных тиглях печей с любым нагревом. Полученный ме­талл рафинируют от неметаллических примесей хлористым аммонием (доба­вляют 0,1—0,5%) и фильтруют его через зернистые фильтры.

Переплав отходов кадмия осуще­ствляют в чугунных или графито-шамотных тиглях под слоем древесного угля. Для уменьшения, окисляемости и потерь кадмия вводят магний [0,05 % (мае. доля)]. Слой древесного угля меняют несколько раз.

Необходимо соблюдать те же меры безопасности, что и при плавке спла­вов кадмия.