Способ выплавки алюминиевых сплавов

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ СПОСОБ ВЫПЛАВКИ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ(57) 1. Способ выплавки алюминиевых сплавов из окисленных отходов, включающий загрузку металлошихты и флюсов во вращающуюся печь, расплавление и отделение металла от шлака, отличающийся тем, что процесс выплавки осуществляют в две стадии, при этом на первой стадии с металлошихтой загружают 4070 общей массы флюса и нагрев ведут до образования жидкого бассейна при скорости вращения 0,3-1,0 об/мин, на второй стадии загружают оставшуюся часть флюса и отделение металла от шлака проводят при скорости вращения 5,1-10,0 об/мин. Изобретение относится к литейно-металлургическому производству, а именно к способам выплавки алюминиевых сплавов из окисленных отходов. Известны способы выплавки вторичных алюминиевых сплавов в стационарных пламенных и электрических печах (электросопротивления и индукционных) 1. Данные способы включают операции загрузки металлошихты, флюсов, расплавление, перегрев и доводку сплавов до требуемого химического состава. Данные способы плавки и печи неплохо себя зарекомендовали при получении сплавов из качественной кусковой шихты. Однако при использовании мелкой и окисленной шихты, загрязненной примесями, такой как, например,стружки, шлаков и съемов печей, известные способы обнаруживают ряд существенных недостатков резко снижается производительность печей и удлиняется цикл плавки, соответственно растут удельные энергозатраты уменьшается металлургический выход годного, равный отношению массы полученного сплава к массе(нетто, за вычетом загрязняющих примесей) отходов. Наиболее близким к заявляемому является способ выплавки алюминиевых сплавов из отходов во вращающейся пламенной печи 2. Указанный способ включает загрузку шихтовых материалов совместно с флюсами в печь, одновременный разогрев шихты и ее перемешивание за счет вращения, при скорости вращения 0-5 об/мин. 3717 1 Конструкция печи имеет вид футерованного цилиндра с горизонтальной осью вращения. С одной торцевой стороны через отверстие производится загрузка шихты и затем подводится горелочный щит, с другой осуществляется отбор печных газов. Использование данного способа плавки во вращающейся печи позволяет интенсифицировать теплообмен при нагреве дисперсных материалов, тем самым сократить длительность плавки и удельный расход энергоносителей (жидких или газообразных). Вместе с тем при использовании в качестве шихты окисленных и дисперсных отходов, таких как мелкая стружка и печные шлаки, содержащие до 30-60 окислов алюминия,данный способ выплавки не обеспечивает высокого металлургического выхода годного, а также требует большого расхода дорогостоящих флюсов. Это в свою очередь влечет рост энергопотребления и ухудшение экологических показателей плавки (увеличение выбросов хлористых соединений). Задача изобретения заключается в повышении металлургического выхода алюминиевых сплавов из окисленных отходов, а также сокращении длительности плавки и удельного расхода энергоносителей. Указанная задача решается путем реализации совокупности следующих режимов плавки во вращающейся печи. Шихту загружают в печь совместно с 40-70 флюса и нагревают до расплавления при скорости вращения 0,3-1,0 об/мин, далее при образовании жидкого бассейна вводят оставшуюся часть флюса, осуществляют перегрев и отделение расплава от шлака при скорости вращения 5,1-10,0 об/мин. Двухстадийный режим плавки позволяет на 1-ой стадии интенсифицировать теплообмен в печи при использовании низкотеплопроводной в слое окисленной шихты. Нижний предел скорости вращения печи (0,3 об/мин) определяется из необходимости выравнивания температурного поля в слое шихты (устранение объемов перегретого и недогретого металла и флюса). Верхний предел 1,0 об/мин ограничен условием достижения температурной однородности и возможных возникающих проблем с нарушенной стойкостью футеровки от удара кусков шихты, т.е. возникновением элементов, так называемого, каскадного режима при больших скоростях вращения, когда куски шихты сцепляясь с футеровкой и шихтовым слоем могут подниматься на определенную высоту и падать на футеровку печи. Использование части позволяет ассимилировать (растворить) в нем окислы алюминия, расположенным на поверхности шихты. Меньшее количество (40 ) относится к переплаву шихты с меньшей удельной поверхностью (например, кусковых шлаков и съемов), большее (70 ) - при переработке дисперсных отходов (например, мелкой стружки). Вращение печи со скоростью 0,3-1,0 об/мин позволяет по сравнению со стационарной плавкой в неподвижных печах увеличить в 1,5-2,5 раза скорость нагрева окисленной шихты и ее плавление, соответственно снизить удельный расход энергоносителей. На второй стадии после образования жидкого бассейна, т.е. частичного плавления шихты, предложено ввести оставшуюся часть флюса и увеличить скорость вращения до 5,1-10,0 об/мин. Это позволяет за счет интенсивного перемешивания флюса с каплями жидкого алюминия, окруженных оболочкой окисла алюминия,произвести эффективное отделение металла от шлака и повысить металлургический выход сплавов за минимальное время. Решение этой задачи важно при плавке алюминиевых сплавов, поскольку увеличение длительности плавки приводит к вторичному окислению алюминия в атмосфере печи, скорость данного негативного процесса пропорциональна длительности плавки, температуре и удельной поверхности шихты. Нижний предел скорости перемешивания на второй стадии (5,1 об/мин) определяется из необходимости реализации процесса растворения оксидов алюминия во флюсе. Превышение верхнего предела (10,0 об/мин) не приводит к заметному росту полезного эффекта, однако при этом возможны вибрация массивного оборудования, приводящая к повышенным силовым нагрузкам на элементы печи и фундамента. Все вышеописанное, а именно предложенный способ плавки, реализуемый в роторной печи специальной конструкции, позволяет решить поставленную задачу повышения металлургического выхода алюминиевых сплавов из окисленных отходов при уменьшении длительности плавки и соответственно расходе энергоносителей. Указанные параметры являются важнейшими технико-экономическими показателями получения вторичных алюминиевых сплавов из окисленных отходов. Результаты сравнительных испытаний. Испытания проводились при использовании окисленной шихты, состоящей из шлаков и съемов алюминиевого производства, а также стружки. Плавка осуществлялась в печи известной конструкции, имеющей вид цилиндра с горизонтальной осью вращения по известному способу с постоянной (3 об/мин) скоростью вращения, при расходе флюса на основе хлоридных солей в количестве 10 от металлозавалки. Емкость печи 0,6 т, а также заявляемым 2-х стадийным способом в роторной печи специальной конструкции с той же емкостью печи. В обоих случаях использовалось одинаковое горелочное устройство, работающее на жидком топливе (дизельное топливо) мощностью 330 кВт. Общий расход флюсов снижен при плавке заявляемым способом до 5 от массы металлозавалки на основании результатов предварительных исследований по оптимизации данного параметра при плавке данной шихты. Результаты экспериментов представлены в табл. 1, 2. В качестве контролируемых параметров определялся металлургический выход алюминиевых сплавов, как отношение массы полученного сплава к массе (нетто) металлошихты, а также общая длительность плавки, от начала плавки до момента выпуска. 2 3717 1 Как следует из полученных результатов, применение предложенного способа выплавки алюминиевых сплавов позволяет существенно повысить металлургический выход алюминиевых сплавов из окисленных отходов, а также сократить длительность плавки. Таблица 1 Наименование способа плавки и конструкции печи МеталлургичеСкорость вращения, об/мин ский выход спла 1 стадия 2 стадия отдевов,плавления ления сплава от шлака Известный в печи цилиндрической формы при постоянной скорости вращения Заявляемый, в печи предлагаемой конструкции при следующих пределах ниже нижнего нижний средний верхний выше верхнего Примечание в качестве шихты использовались шлаки и съемы от индукционной плавки. Таблица 2 Наименование способа плавки и конструкции печи Известный в печи цилиндрической фор- Шлак и съемы мы при постоянной скорости вращения и однократной загрузкой флюса Стружка Заявляемый способ в печи предлагаемой Шлак конструкции при средних пределах скоростей вращения Стружка Доля,от общего количества флюса,используемого на 1 стадии 2 стадии 100 Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66. Металлургический выход алюминиевых сплавов,35