способ переработки отходов и стружки цветных металлов и сплавов

Формула изобретения

1. Способ переработки отходов и стружки цветных металлов и сплавов, включающий расплавление флюса в плавильной камере посредством пропускания электрического тока, загрузку шихты, плавление, накопление расплава на две камеры и разливку металла, отличающийся тем, что металлическую шихту плавят в объеме флюса толщиной 0,5 ... 0,8 от высоты плавильной камеры (Н_пк), причем загрузку шихты осуществляют в приемное устройство, предварительно помещенное во флюсе, перегретый на 150 - 200^oC выше температуры его плавления, на глубину 0,2 ... 0,7 Н_пк, накопленный на дне плавильной камеры металл отстаивают в состоянии покоя 15 - 60 мин.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что приемное устройство перед погружением заполняют на 0,2 ... 0,6 его высоты жидким флюсом, имеющим плотность, превышающую плотность металлического расплава не менее чем на 0,3 г/см³, и слоем металлического расплава толщиной не менее 0,2 высоты приемного устройства.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области литейного производства и металлургии цветных металлов и сплавов, в частности к способам переплава мелких отходов цветных металлов, преимущественно алюминиевых и цинковых.

Известен способ плавки цветных металлов, преимущественно алюминиевых сплавов, в электрической солевой печи. Суть его заключается в следующем. В плавильной зоне печи посредством электродов наплавляют смесь солей и доводят температуру расплава до 850-900^oC. В плавильную камеру подают порцию шихты, которая плавится в объеме флюса на специальном приемном устройстве - пороге. Жидкий металл накапливается в копильнике [1].

Недостатками известного способа являются, во-первых, невысокое качество получаемого металла, обусловленное замешиванием неметаллических включений и окисных плен в жидкий металл. Во-вторых, невысокая производительность процесса переплава, обусловленная малым объемом копильника, ограниченного порогом. Кроме того, в данном способе не предусмотрена защита переплава от взаимодействия с ферромагнитными приделками, которые, растворяясь в процессе переплава стружки, загрязняют переплав железом.

Известен также способ переработки лома алюминиевых сплавов путем использования верхнего и нижнего флюсования, согласно которому спрессованное сырье подают в расплав нижнего флюса, нагретый до 800-1000^oC. Над ним имеется слой жидкого алюминия, покрытый расплавом легкого флюса, толщиной 100-300 мм. Металлическая шихта расплавляется в нижнем флюсе, а металл всплывает в алюминиевый слой [2].

Недостатками известного способа являются, во-первых, невысокое качество очищаемого металла, обусловленное его повторным загрязнением продуктами реакций взаимодействия шихты с нижним флюсом в процессе переплава, во-вторых, невозможность осуществления способа при переплаве стружки деформируемых сплавов из-за трудностей, возникающих при ее брикетировании. В-третьих - сложность удаления шлака и железосодержащих приделок из нижнего флюса.

Наиболее близким по техническому решению к предлагаемому способу является способ переработки лома алюминиевых сплавов, в котором загрузку лома осуществляют в предварительно расплавленный флюс, нагрев которого производят пропусканием переменного электрического тока, силой 7-11 кА на 1 м² поверхности металла при напряжении 10-20 В. Лом плавят под слоем флюса из солей щелочных и щелочноземельных металлов толщиной 20-40 см при соотношении 1-5: 20 по массе лома и флюса [3].

Недостатком известного способа является невысокое качество получаемого металла по содержанию неметаллических включений и металлических примесей, обусловленное его загрязнением окисными пленами и неметаллическими включениями при расплавлении последующих порций шихты в слое жидкого металла, полученного при расплавлении предыдущих порций. Это объясняется следующим. Порция стружки (20-25 кг) при погружении в расплавленный флюс ошлаковывается и опускается через более легковесный флюс на дно тигля в ранее образовавшийся очищенный металл. При этом плавление стружки происходит не в объеме флюса, что желательно для достижения высокой степени очистки, а в объеме металлического расплава. Кроме того, в результате осуществления данного способа при переплаве стружки с ферромагнитными приделками металлический расплав дополнительно загрязняется железом и другими металлическими примесями.

Задача, решаемая изобретением, заключается в повышении качества получаемого металла.

Для решения поставленной задачи при использовании способа переработки отходов и стружки цветных металлов и сплавов, включающем расплавление флюса в плавильной камере посредством пропускания электрического тока, загрузку шихты, плавление, накопление расплава на дне камеры и разливку металла, металлическую шихту плавят в объеме флюса толщиной 0,5...0,8 от высоты плавильной камеры (H_пк), причем загрузку шихты осуществляют в приемное устройство, предварительно помещенное во флюс, перегретый на 150-200^oC выше температуры его плавления, на глубину 0,2...0,7 H_пк, накопленный на дне плавильной камеры металл отстаивают в состоянии покоя 15-60 мин. При этом приемное устройство перед погружением заполняют на 0,2...0,6 его высоты жидким флюсом, имеющим плотность, превышающую плотность металлического расплава не менее чем на 0,3 г/см², и слоем металлического расплава толщиной не менее 0,2 высоты приемного устройства.

Качество получаемого металла непосредственно зависит от полноты отделения окисных плен и других неметаллических включений от металлической основы. Максимальная степень очистки достигается только при расплавлении шихты в объеме флюса. В этом случае создаются наиболее благоприятные условия для получения чистого металла, а именно неметаллические включения и окисные плены смачиваются и поглощаются флюсом, а капли расплавленного металла, имеющего больший удельный вес, опускаются на дно тигля. Причем данное условие должно выполняться на всем протяжении плавки.

В предлагаемом способе загрузку металлической шихты осуществляют в приемное устройство, предварительно помещенное в объем флюса. Отходы и стружка, загружаемые во флюс, опускаются на приемное устройство, где и плавятся. В процессе плавления неметаллические включения и окислы с поверхности стружки захватываются флюсом и переходят в шлак, а образующийся при этом металлический расплав, вытекая из приемного устройства, накапливается на дне тигля. По мере подъема уровня металла при заполнении объема печи приемное устройство также поднимают. Шлак по ходу плавки периодически удаляют, подшихтовывая флюс свежим составом. После завершения плавки металл отстаивают и разливают.

В процессе переплава приемное устройство погружают во флюс на глубину 0,2. . . 0,7 H_пк, что необходимо для обеспечения условия плавления стружки в объеме флюса. Погружение приемного устройства на глубину менее 0,2 H_пк не обеспечивает плавление стружки в объеме флюса, поскольку в этом случае часть стружки плавится на поверхности солевого расплава, что ухудшает качество переплава. Погружение приемного устройства на глубину более 0,7 H_пк приводит к возможности его соприкосновения с металлическим расплавом. В этом случае плавление стружки осуществляется в условиях контакта с очищенным жидким металлом, что также приводит к существенному ухудшению его качества за счет замешивания окисных плен и других неметаллических включений.

Перегрев флюса на 150-200^oC выше температуры его плавления необходим для наиболее эффективного протекания реакций взаимодействия с окисными и неметаллическими включениями. Применение флюса при температуре перегрева менее 150^oC выше температуры его плавления приводит к снижению активности флюса и, как следствие, качества металла. Перегрев флюса выше 200^oC приводит к повышенному угару его компонентов и нарушению химического состава, что неэкономично и нецелесообразно.

После окончания плавки перед разливкой металл отстаивают в состоянии покоя 15-60 мин для всплывания частично замешанных по ходу плавки неметаллических включений, флюса, окисных плен и газов. Выдержка для отстаивания меньше 15 мин не обеспечивает создания состояния покоя расплава и всплывания неметаллических включений, окисных плен и газов. Выдержка более 60 мин - неэкономична и нецелесообразна, т.к. приводит к потере производительности и необоснованному расходу электроэнергии.

В процессе переплава стружки, содержащей ферромагнитные приделки (в виде мелких пылевидных частиц, тонкой стальной стружки и др.), последние растворяются в образующемся металлическом расплаве, существенно снижая его качество.

С целью предотвращения растворения ферромагнитных приделок в расплаве приемное устройство перед его погружением, заполняют на 0,2...0,6 его высоты жидким флюсом с плотностью, превышающей плотность металлического расплава не менее чем на 0,3 г/см³, и слоем металлического расплава не менее 0,2 высоты приемного устройства.

В предлагаемом способе при плавлении стружки ферромагнитные приделки, имея плотность, превышающую плотность металлического расплава, оседают и накапливаются в основании приемного устройства под уровнем "нижнего" флюса. Таким образом, "нижний" флюс препятствует контакту приделок с металлическим расплавом и, следовательно, их растворению.

Глубина слоя флюса менее 0,2 высоты приемного устройства (H_пу) не обеспечивает защиты металлического расплава от контакта с ферромагнитными приделками, накапливающимися на дне приемного устройства. Глубина более 0,6 (H_пу) - нецелесообразна, поскольку приводит к необоснованному увеличению габаритов устройства и повышенному расходу флюса.

С целью предотвращения смешения основного флюса с флюсом, находящимся в приемном устройстве, перед его вводом на поверхности "нижнего" флюса наводят слой металлического расплава не менее 0,2 высоты приемного устройства. Толщина слоя менее 0,2 H_пу не обеспечит защиту флюсов от смешения. Верхний предел слоя металла не ограничивается и зависит от высоты стенок приемного устройства.

Применение в качестве "нижнего" флюса жидкого флюса с плотностью не менее чем на 0,3 г/см³, превышающей плотность металлического расплава, приводит к его всплыванию и смешению с основным флюсом, а следовательно, к нарушению процесса переплава.

Способ осуществляют следующим образом. В плавильную камеру загружают флюс из расчета создания слоя толщиной 0,5 - 0,8 от высоты плавильной камеры и опускают электроды. После расплавления и перегрева флюса на 150-200^oC выше температуры его плавления в расплав вводят приемное устройство на глубину 0,2. . . 0,7 от высоты плавильной камеры (H_пк). Перед погружением приемное устройство заполняют на 0,2. ..0,6 его высоты жидким флюсом с плотностью, превышающей плотность металлического расплава не менее чем на 0,3 г/см³, и слоем металлического расплава толщиной не менее 0,2 высоты приемного устройства. После ввода приемного устройства и выравнивания температуры в расплаве начинают ввод стружки, которая, имея удельный вес, превышающий удельный вес расплавленного флюса, опускается в приемное устройство, где плавится. В процессе плавления неметаллические включения и окисные плены отделяются от поверхности металла и накапливаются в объеме флюса. Образующийся металлический расплав перетекает из приемного устройства через слой флюса на дно плавильной камеры.

Ферромагнитные приделки в виде пылевидных частиц и мелкой стружки, имея удельный вес, превышающий удельный вес металлического и флюсового расплавов, опускаются на дно приемного устройства и поглощаются "нижним" флюсом. При этом "нижний" флюс обеспечивает надежную защиту металлического расплава от взаимодействия с ферромагнитными приделками, предотвращая тем самым загрязнение очищенного металла примесью железа. Шлак, образующийся по ходу плавки на поверхности флюсового расплава, удаляют, подшихтовывая солевой расплав свежим составом. После заполнения рабочего пространства тигля (плавильной камеры) производят отстаивание расплава в состоянии покоя 15-60 мин и разливку металла.

Переплав стружки алюминиевого сплава АК9 проводили в солевой электропечи, оснащенной погружными электродами, емкостью 250 кг (по алюминию). При переплаве использовали флюс состава:

KCl - 23-27%,

NaF - 7-12%,

CaF₂ - 3-5%,

NaCl - Остальное

с температурой плавления Тпл = 650^oC.

После расплавления и перегрева слоя флюса толщиной 300 мм до температуры Т=820^oC в расплав вводили заранее приготовленное и прогретое приемное устройство из графита высотой 170 мм. Причем приемное устройство предварительно заполняли расплавленным флюсом состава BaCl₂ - 80%, NaCl - 20% на глубину 80 мм. Разница плотностей флюса и алюминия составляла = _фл-_Al = 0,5 г/cм³, где _фл = 2,9 г/cм³ - плотность флюса, _Al = 2,4 г/cм³ - плотность алюминия. На поверхность флюса наводили слой расплава АК9 толщиной 50 мм. После ввода приемного устройства на глубину 200 мм и контроля температуры расплава осуществляли загрузку стружки. Стружку вводили непрерывно со средней скоростью 60 кг/ч. По мере подъема уровня флюса приемное устройство и электроды соответственно поднимали, контролируя при этом глубину их погружения. Образующийся на поверхности расплавленного флюса густой шлак периодически удаляли и подшихтовывали флюс свежим составом. После переплава 90 кг стружки приемное устройство извлекали из печи и отстаивали металл 30 мин в состоянии покоя. Разливку осуществляли сифонным способом в металлические изложницы. В процессе разливки отбирали пробы для химического анализа и металлографических исследований.

Для получения сравнительных данных на той же печи проводили переплав стружки сплава АК9 по способу, описанному в [3].

Результаты сравнительных испытаний представлены в таблице.

Источники информации

1. А. С. СССР N 846959, М.Кл.³ F 27 В 17/00, заявлено 25.06.79, опубл. 15.07.81. БИ N 26.

2. А. С. СССР N 571522, М.Кл.³ C 22 В 7/00, заявлено 19.07.74, опубл. 05.09.77. БИ N 33.

3. Патент РФ N 2089630, МКИ C 22 B 7/00, 9/10, заявлено 30.04.93, опубл. 10.09.97.