способ переработки лома алюминиевых сплавов

Формула изобретения

1. Способ переработки лома алюминиевых сплавов, включающий загрузку флюса и лома в плавильную камеру, нагрев до температуры плавления, плавку, удаление шлака и слив металла, отличающийся тем, что загрузку лома осуществляют в предварительно расплавленный флюс, нагрев производят пропусканием переменного электрического тока силой 7 11 КА на один квадратный метр поверхности металла при напряжении 10 20 В, а плавку ведут под слоем флюса толщиной 20 40 см при соотношении 1 5 20 по массе лома и флюса.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве флюса используют смесь солей щелочных и щелочноземельных металлов с удельным весом, меньшим удельного веса лома на 0,3 0,5 г/см³.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к переработке лома и отходов алюминиевых сплавов с использованием электрических печей сопротивления.

Известен способ переработки съемов, дроссов, снятых с поверхности жидкого металла или сплавов на основе алюминия, включающий загрузку в нагретый котел отходов и расплава флюса, состоящего из смеси KCl NaCl, AlCl₃, щелочных и щелочноземельных металлов, нагрев до температуры 650-872^oC (предпочтительно 760-872^oC) при интенсивном перемешивании. Полученной смеси дают отстояться и сливают раздельно шлак и металлический алюминий (патент США N 738024, C 22 B 21/00).

Недостатком известного способа является большой расход флюса, процесс длительный периодический, кроме того, хлорид алюминия имеет высокую упругость паров, быстро улетучивается, загрязняя атмосферу, т.е. экономически вреден.

Известный способ переработки лома алюминиевых отходов (а.с. СССР N 571522, C 22 B 7/00, 9/10, оп. 1977 г.), заключающийся в расплавлении алюминия с использованием нижнего слоя флюса, представляющего собой расплав хлоридов кальция и бария, предварительно нагретого до 800-1000^oC, и верхнего слоя легкого флюса из эвтектической смеси хлоридов калия и натрия и криолита толщиной 100-300 мм. Алюминиевая шихта расплавляется в жидком нижнем флюсе, и жидкий алюминий, имея удельный вес меньше удельного веса флюса, проходит через этот флюс, обрабатывается последним и всплывает в алюминиевый слой.

Недостатком известного способа является сложность и периодичность процесса, значительные потери металла от угара.

Известен способ рафинирования алюминиевых сплавов (а.с. СССР N 514904, C 22 B 9/10, оп. 1976 г.) с использованием флюсов, в котором для интенсификации процесса и повышения качества металла за счет улучшения контакта металла с флюсом расплав перед входом во флюс приводят во вращательное движение и под давлением 1,05-1,5 атм вводят в слой флюса под углом 20-70^oC к оси вращения металла.

Недостатком известного способа является двухслойность и сложность процесса потери металла от угара.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ плавки вторичных алюминиевых сплавов из стружки (Кимстач Г.М. Литейное производство, 1981, с.14-15). По этому способу предварительно подготовленную стружку плавят в индукционных тигельных печах, в течение всего процесса плавления в печь вместе со стружкой небольшими порциями вводят рафинирующий флюс (47% KCl, 30% NaCl, 23% Na₃AlF₆). Расход флюса составляет 2-2,5% Расплавляясь, флюс растворяет и адсорбирует твердые неметаллические загрязнения. Пленка жидкого флюса на поверхности жидкого металла предохраняет металл от окисления, часть флюса вместе с примесями оседает на стенках. Угар металла составляет 2,2% После удаления 1-го слоя флюса при температуре 740^oC наводят другой слой флюса того же состава в количестве 1,5% от веса металла. Кроме того, в несколько приемов расплав обрабатывают гексахлорэтаном в количестве 0,7-0,8% от веса металла, при выпуске металла производят внепечную обработку расплава жидким флюсом (47% KCl, 47,5% NaCl, 5% Na₃AlF₆) для дополнительной очистки металла от неметаллических включений и газов.

Недостатком этого способа является периодичность процесса, необходимость трижды обрабатывать металл флюсами и дополнительно гексахлорэтаном, что резко ухудшает экологию окружающей среды. Все флюсы указанного состава при 1000-1200^oC интенсивно испаряются. Кроме того, значительны потери алюминия не только в угаре, но и в процессе подготовки сырья: при грохочении и магнитной сепарации теряется не менее 15% алюминия в виде железо-алюминиевой смешанной стружки и отсева 3 мм.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является снижение угара металла, улучшение качества металла, исключение операции рафинирования.

Технический эффект, получаемый при использовании изобретения, заключается в снижении угара металла в 5-15 раз, улучшении качества металла, обусловленном значительным уменьшением поверхности соприкосновения горячего металла с атмосферным воздухом и влагой, уменьшая в десятки раз окисление металла при плавке. За счет адгезии и физического растворения примесей в расплаве солей в металле уменьшаются такие примеси, как пленки окислов, неметаллические включения (карбиды, нитриды, тугоплавкие интерметаллиды, куски футеровки, песок, глина, стекло, керамика). Намного меньше в металле газов азота, водорода.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Подвергаемый переработке лом алюминиевых сплавов (это может быть кусковой лом, обрезь, стружка, фольга и съемы и другие подобные отходы) помещают в электрическую печь, сопротивление между электродами с межполюсным расстоянием 10-20 см под слой флюса толщиной 20-40 см при соотношении веса лома и флюса (1:(5-20). В качестве флюса используют смесь солей галогенидов щелочных и щелочноземельных металлов. Наиболее благоприятной средой являются соли хлоридов калия и натрия. Пропускают переменный электрический ток силой 7-10 кА напряжением 10-20 В через слой флюса и металла. Плотность тока на верхнем графитовом электроде печи 3-11 А/см² поверхности электрода. Алюминиевая шихта и соли расплавляются. Расплав солей и металла одновременно выполняет функцию сопротивления, т.е. тепловыделяющего элемента, тепло от которого используется для плавки металла.

Жидкий алюминий, имея удельный вес больше удельного веса расплава солей на 0,3-0,5 г/см³, проходит через этот флюс. Слой солей обволакивает металл и значительно уменьшает поверхность соприкосновения горячего металла с атмосферным воздухом и влагой. За счет адгезии и физического растворения примесей в расплаве солей в переработанном металле алюминии уменьшаются такие примеси, как пленки окислов, неметаллические включения, меньше газов - азота, водорода. Затем металл сливают, а шлаки удаляют из печи. Верхний предел мощности теплоносителя 16 кВт/дм² мощности электрического тока, приходящейся на единицу площади графитового электрода, обусловлен необходимостью предотвращения перегрева электролита в приэлектродном пространстве, т.н. явления анодного эффекта, нижний недостаточностью создания необходимого температурного режима. Толщина слоя флюса 20-40 см обусловлена тем, что при уменьшении толщины менее 20 см возможен перегрев расплава вблизи электродов, снижение производительности, так как в меньшем количестве солей невозможно проплавить большие объемы сырья. Увеличение толщины слоя солей более 40 см приводит к снижению удельной плотности тока, замерзанию электролита вдоль стенок, ухудшению режима плавки.

Пределы оптимальной плотности тока зависят от толщины слоя расплава и глубины погружения в него электродов и составляют 3-11 А/см² поверхности электродов, контактирующих с расплавом. Уменьшение межполюсного расстояния между электродами ниже 10 см приводит к охлаждению расплава и снижению проплава, увеличение к образованию "короны", сильному испарению солей.

Пример 1. Результаты исследований представлены в таблице. В плавильную камеру электропечи сопротивления с одним верхним электродом диаметром 200 мм и одним нижним, установленным в подине, загружают порциями по 13-15 кг обрези алюминиевого сплава типа В951 и 260 кг солей отходов магниевого производства (KCl + NaCl + MgCl₂ + 3-5% MgO) с удельным весом 1,8 г/см². Соли предварительно расплавляют. Устанавливают электроды с межполюсным расстоянием 10 см, подают напряжение 14,22 В, плотность тока на верхнем электроде 4,19 А/см². Уровень расплава солей составил 30 см, металла 13,5 см. За 11,5 ч загружают 605 кг обрези, выплавляют 602,1 кг алюминиевого сплава, химический состав его, вес. Al 94,49, Cu 3,24, Mg 0,32, Fe 0,52, Ni 0,020, Si 1,39, Ti 0,02. Расход солей на 1 т алюминия составил 68,1 кг/т, расход графита 16,9 кг/т, расход электроэнергии 1785 кВтч, угар металла 0,48% (на порядок меньше, чем в известном способе).

Пример 2. В электропечь сопротивления с двумя верхними электродами диаметром 200 мм и межполюсным расстоянием 15 см загружают порциями по 20-25 кг алюминиевой стружки и 220 кг солей с удельным весом 1,9 г/см². При плавке поддерживают силу тока 4651,4 А, напряжение 16,34 В, плотность тока составляет 3,97 А/см², среднее значение мощности 76 кВт.ч. Уровень расплава солей составил 24,1 см, металла 14,5 см. В течение 42 ч загружают 2450 кг стружки, содержащей 5,5% масла, влаги, выплавляют 2244 кг или 93,5% от загруженного, извлечение металла составляет 98,9% (угар металла 1,09%), расход графита 10 кг/т металла, расход солей 54,81 кг/т, расход электроэнергии - 1422 кВтч/т. Химический состав сплава, вес. Al 96,59, Mg 2,3, Mn - 0,32, Fe 0,39, Si 0,3.

Пример 3. В электропечь с двумя верхними электродами диаметром 200 мм и межполюсным расстоянием 12 см загружают порциями по 50-80 кг алюминиевых труб и 180 кг солей, расплавляют (ток 4354,5 А, напряжение 16,4 В, плотность тока 3,85 А/см², среднее значение мощности 71,303 кВтч), уровень расплава солей составил 20 см, уровень металла 17 см. В течение 728,1 ч (31 день) загружают 43 000 кг, выплавляют 39 566 кг, извлечение алюминия от загруженного составило 92% извлечение алюминия 99,1% Расход графита - 3,409 кг/т, расход солей 142,85 кг/т, расход электроэнергии 1312 кВтч/т. Химический состав полученного сплава, вес. Al 93,28, Fe - 0,41, Mn 0,42, Zn 0,1, Cu 4,27, Si 0,1, Ni 0,03, Mg 1,39.

Пример 4. В электропечь сопротивления с двумя верхними электродами диаметром 200 мм и межполюсным расстоянием 12 см загружают в течение 12 ч 2480 кг мелкой замаслянной стружки (7% масла), выплавляют 2275,5 кг алюминиевого сплава. Извлечение металла составило 98,5% Режим плавки представлен в таблице. Химический состав полученного металла, вес. Al 95,186, Mg 4,02, Mn 0,40, Cu 0,05 Fe 0,3, Ti 0,044.

Пример 5. В электропечь сопротивления с двумя верхними электродами диаметром 200 мм и межполюсным расстоянием 19,5 см загружают в течение 8 ч 600 кг коротких обрезков труб. Выплавляют 738 кг, извлечение от загруженного составило 92,25, извлечение по металлу 99,2% Режим плавки представлен в таблице. Химический состав полученного металла, вес. Al 93,08, Cu 3,77, Fe 0,39, Mn 0,42, Zn 0,88 Si 0,1, Ni 0,03, Mg 1,33.

Пример 6. В электропечь сопротивления с одним верхним электродом диаметром 200 мм и межполюсным расстоянием 20 см загружают обрезь порциями по 10-12 кг через каждые 5-8 мин, добавляют 240 кг смеси солей до уровня 28 см, металла 20 см.

В течение 22 ч выплавляют по 90 кг металла, извлечение по металлу 99% Режим плавки представлен в таблице.

Предлагаемый способ переработки лома алюминиевых отходов позволяет плавить и рафинировать одновременно различное сырье: кусковой лом, стружку, листовой металл и высечку, отходы труб и съемы металла с получением металла высокого качества при снижении угара металла до 0,8-1,5% и может быть применен на заводах вторичных цветных металлов при плавке в электропечах сопротивления.