Металлургия вторичного алюминия.
Г.В.Галевский, Н.М.Кулагин, М.Я.Минцис.
Наука, 1998 г.
1.2. Классификация и характеристика вторичного сырья
Лом и отходы цветныхметаллов (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 цветныеметаллы 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, магнитнуюсепарацию 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 цветныеметаллы 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 сплавахактивность взаимодействия металла с сульфатами растет — перемешивание расплава, содержащего окисленные образцы металла, приводит к взрыву. Для предотвращения взрывов в отражательных печах при плавкеалюминия 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 Сплавыплавят 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 концентрацияметалла 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.
Известные способы переработки шлаков можно разделить на две группы: низко- и высокотемпературные.
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 извлечениеметалла (порядка 50—60 %) и высокая стоимость оборудования.
К низкотемпературным способам переработки шлаков можно отнести гидрометаллургический способ, разработанный Подольским заводом цветныхметаллов совместно с институтом ВНИИПвторцветмет, включающий в себя операции дробления, выщелачиванияхлоридов водой с последующим осветлением и выпариваниемрастворов с целью возвратаметалла и извлечения солей. Несмотря на явные преимущества — ликвидация шлаковых отвалов — данный способ позволяет извлечь только около 60% металла............
6.6. Роль флюсов при плавкеалюминия
При плавкеалюминия 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 потериметалла от окисления и способствует коагуляции капель жидкого металла. Образующаяся на поверхностиметаллаоксиднаяпленка 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 разделкисырьястали использовать специальные печи, называемые оплавочными. Принцип работы данных печей заключается в том, что на наклонной подине неразделанное алюминиевое сырье с железными приделками нагревается до температурыплавленияалюминия 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 способупревращения 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 плавкиалюминия 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 плавкиалюминия 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 производствоалюминия 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 расходэлектроэнергии (450—500 кВт-ч/т) и простота конструкции. Наиболее широкое распространение для плавкиалюминия и его сплавов получили камерные печи сопротивления, а тигельные применяются в лабораториях и при производстве изделий с небольшим расходом металла.