способ переплава мелких отходов и стружки цветных сплавов

Формула изобретения

1. Способ переплава отходов и стружки цветных металлов и сплавов, включающий наплавление ванны расплава в количестве 20 - 30% от емкости тигля, ввод твердого активатора с положительной плавучестью в металлическом расплаве, загрузку шихты в печь, отличающийся тем, что в качестве активатора используют кусковой углеродный материал, который загружают в печь одновременно с флюсом, взятым в количестве 10 - 40% от объема тигля, а порционную загрузку шихты производят при температуре расплавленного флюса, превышающей его температуру плавления на 70 - 150^oC.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют углеродный материал в виде округлых кусков размером 0,005 - 0,2 от внутреннего диаметра тигля (D_т).

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что объем углеродного материала, загружаемого в тигель, равен 3 - 15% объема тигля (V_т).

Описание изобретения к патенту

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

Известен способ переплава стружки алюминиевых сплавов в индукционных печах, согласно которому в тигле предварительно создают переходящую ванну жидкого металла путем расплавления крупных отходов и загружают стружку до полной вместимости. Флюс добавляют в количестве 2-5% от массы металла, перед разливом металла расплав рафинируют дегазирующими флюсами, удаляют съемы и разливают металл [1].

Недостатком известного способа переплава является низкое качество получаемого металла, обусловленное замешиванием неметаллических включений и окисных плен в расплав.

Известен также способ переработки лома магниевых сплавов в соляных ваннах, согласно которому магниевый лом загружают в специальные корзины и опускают с помощью крана в солевой расплав. После расплавления лома корзину с приделками других металлов некоторое время выдерживают над зеркалом ванны для стекания металлического и солевого расплавов, затем процесс повторяют [2].

Недостатками известного способа являются, во-первых, низкая производительность процесса, обусловленная его периодичностью, а также связанная с необходимостью выдержки корзины над зеркалом расплава и захолаживанием флюса при погружении остывшей корзины с новой порцией холодной шихты. Во-вторых, невысокий выход годного вследствие потерь металла на приделках.

Наиболее близким к заявляемому является способ переработки стружки цветных металлов и сплавов в индукционных тигельных печах, согласно которому наплавляют ванну расплава в объеме 20-30% от емкости печи, помещают графитовый поплавок (активатор) в "болото" и загружают стружку до полного заполнения свободного объема печи. Диаметр поплавка в 2-3 раза меньше внутреннего диаметра тигля [3].

Недостатками известного способа являются, во-первых, невысокое качество получаемого металла, обусловленное активным замешиванием в объем расплава окислов. Кроме того, графитовый активатор, находящийся в объеме стружки в условиях контакта с кислородом воздуха при температуре выше 650^oC, активно выгорает, засоряя продуктами реакции алюминиевый расплав и дополнительно его окисляя. Во-вторых, низкий выход годного вследствие потерь металла со шлаком и сплесами.

Задача, решаемая изобретением, заключается в повышении качества металла и увеличении выхода годного.

Для решения поставленной задачи при использовании способа переплава мелких отходов и стружки цветных сплавов, включающем наплавление ванны расплава в количестве 20-30% от емкости тигля, ввод твердого активатора с положительной плавучестью в металлическом расплаве, загрузку шихты в печь, в качестве активатора используют кусковой углеродный материал, который загружают в печь одновременно с флюсом, взятым в количестве 10-40% от объема тигля, а порционную загрузку шихты производят при температуре расплавленного флюса, превышающей его температуру плавления на 70 - 150^oC, причем, используют углеродный материал в виде округлых кусков размером 0,005-0,2 от внутреннего диаметра тигля (Dт), а объем углеродного материала, загружаемого в тигель, равен 3-15% объема тигля (Vт).

Куски углеродного материала с положительной плавучестью в металлическом расплаве, находящиеся в объеме флюса в поле действия индукционных токов, активно разогреваются, повышая температуру окружающего их солевого расплава, который, как непроводник электричества, вихревыми токами не нагревается. Кроме того, округлые куски в поле действия индукционных токов непрерывно перемещаются в объеме солевого расплава. Таким образом, применение во флюсе твердого активатора из углеродного материала способствует, во-первых, активному механическому перемешиванию и разрушению комков стружки, во-вторых, более полному и активному отделению неметаллических включений от металлической основы в объеме флюса из-за механического разрушения сплошности окисных плен на поверхности стружки, в-третьих, интенсификации химических и электрохимических процессов в системе шихта - солевой расплав, обеспечивающих получение качественного металла.

Применение активатора в виде округлых кусков углеродного материала размером менее 0,005 Dт не обеспечивает требуемого термокинетического режима переплава, что приводит к снижению качества получаемого металла. Увеличение диаметра кусков более 0,2 Dт также приводит к снижению качества получаемого металла, но уже за счет уменьшения удельной поверхности контакта реагирующих сред.

Использование активатора в объеме менее 3% Vт не обеспечивает требуемого режима замешивания и разрыхления комков стружки, а также требуемую температуру солевого расплава. Увеличение объема активатора более 15% Vт приводит к снижению производительности процесса переплава вследствие уменьшения рабочего объема флюса.

Переплав стружки в объеме флюса, взятом в количестве 10-40% от объема тигля, обеспечивает получение металла высокого качества по содержанию окислов и неметаллических включений с высоким выходом годного. Применение флюса в объеме менее 10% от объема тигля приводит к существенному ухудшению качества получаемого металла вследствие зашлаковывания кусков углеродного материала продуктами реакции и замешиванию последних в расплав. Увеличение объема флюса более 40% Vт влечет за собой уменьшение полезного пространства печи, что неэкономично и нецелесообразно.

Порционную загрузку шихты производят при температуре расплавленного флюса, превышающей его температуру плавления на 70-150^oC. Перегрев флюса более 150^oC выше температуры плавления приводит к повышенному испарению его компонентов с выделением газообразных продуктов и нарушению процесса переплава в результате изменения его химического состава. Применение флюса при температуре перегрева менее 70^oC над температурой ликвидус значительно снижает производительность переплава и не обеспечивает высокого качества очистки.

Способ осуществляют следующим образом. В индукционной тигельной печи наплавляют ванну металлического расплава в количестве 20-30% от емкости тигля, после чего загружают (заливают) флюс в количестве 10-40% от объема тигля совместно с кусками углеродного материала (например, графита), объемом 3-15% от объема тигля и размером 0,005-0,2 от внутреннего диаметра тигля. После полного расплавления и перегрева флюса на 70-150^oC выше температуры его плавления начинают порционную загрузку шихты. Размер порций определяют экспериментально, в зависимости от скорости расплавления. Попадающая во флюс шихта интенсивно плавится, при этом окислы и неметаллические включения накапливаются в объеме флюса, а расплавленный металл, перетекая по поверхности графитовых кусков, активно взаимодействует с флюсом и скапливается на дне тигля. При указанных условиях контакта трех сред (углеродный материал - расплавленный металл - флюс) достигается максимальная степень очистки от неметаллических включений и газов. Шлак, образующийся на поверхности флюса, периодически удаляют.

По мере накопления расплава производят его разливку, причем перед разливкой углеродный материал и остатки флюса удаляют.

Переплав стружки сплава АК5М7 проводили в индукционной тигельной печи ЛПЗ-3-67 B с объемом графитового тигля 3700 см³.

При переплаве использовали флюс состава: KCl - 30%, Na₃AlF₆ - 10%, KF - 5%, NaCl - 55% с температурой плавления Тпл = 640^oC.

После наплавления ванны расплава в количестве 750 см³ в тигель заливали 1200 см³ расплавленного флюса и помещали в него набор предварительно прокаленных графитовых округлых тел размером от 5 до 30 мм в объеме 350 см³ и включали печь. Порционную загрузку шихты осуществляли при Т = 760^oC. Размер порций и скорость загрузки определяли в зависимости от их усвоения. В процессе разливки отбирали пробы для химического анализа и металлографических исследований.

Для получения сравнительных данных параллельно на печи ЛПЗ-3-67 В проводили рафинирование стружки сплава АК5М7 по способу, описанному в [3]. Результаты сравнительных испытаний представлены в таблице.

Источники информации

1. Г. В. Ларионов. Вторичный алюминий. - М.: Металлургия, 1967, 272 с., стр. 175.

2. А. И. Иванов, М.Б.Ляндерс, О.В.Прокофьев. Производство магния. - М.: Металлургия, 1979, 376 с., стр. 278.

3. Авторское свидетельство СССР N 1294855, кл. C 22 C 1/02, 1985, опубл. 07.03.87. Бюл. N 9.