брикет из вторичного алюминия

Формула изобретения

1. Брикет из вторичного алюминия, полученный прессованием смеси измельченного алюминия с добавкой, содержащий в качестве алюминия отходы производства вторичного алюминия, а в качестве добавки - негашеную известь СаО, отличающийся тем, что в качестве отходов алюминия он содержит алюминиевый лом с размером фракций от более 3 до 10 мм, а негашеная известь СаО составляет от более 10 до 30% от общей массы смеси, при этом масса полученного брикета составляет 15-2000 г.

2. Брикет из вторичного алюминия по п.1, отличающийся тем, что для получения АВ-91 в качестве алюминиевого лома он содержит пищевую алюминиевую банку как основу и не более 10% фольги.

3. Брикет из вторичного алюминия по п.1, отличающийся тем, что для получения АВ-87 в качестве алюминиевого лома он содержит пищевую алюминиевую банку как основу, не более 10% фольги и не более 10% стружки алюминиевых сплавов.

4. Брикет из вторичного алюминия по п.1, отличающийся тем, что он выполнен в виде цилиндра диаметром 10-150 мм и высотой от 15 до 200 мм.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области цветной металлургии и может быть использовано при изготовлении брикетов из вторичного сырья, а именно алюминия, применяемых при производстве различных марок стали.

Сочетание физических, механических и химических свойств алюминия определяет его широкое применение практически во всех областях техники, науки, производства, а также в быту. Без алюминия невозможно представить такие глобальные области, как освоение космоса, передачу электричества, автомобилестроение, а также вещи, которые используют в быту - кастрюли, фольгу, алюминиевую банку.

Известно, что первичный металл - это металл, полученный из первородного сырья, то есть руды или рудных материалов, а вторичный металл - это металл, полученный из отходов промышленности и лома.

Алюминий - единственный упаковочный материал, который имеет способность многократной вторичной переработки без снижения свойств или ценности.

К примеру, алюминиевая банка может перерабатываться множество раз, при этом качество вновь произведенной банки остается прежним. Одна сданная на вторичную переработку алюминиевая банка экономит энергию, достаточную для работы телевизора в течение трех часов, а количества электроэнергии, сэкономленной в результате переработки алюминиевых банок за год, достаточно, чтобы освещать крупный город в течение нескольких лет.

Фактически, алюминий - единственный вторично перерабатываемый материал, способный окупить затраты на его сбор и обработку.

Из вышесказанного следует, что переработка алюминиевого лома является актуальной задачей.

Известна переработка алюминиевых банок из-под напитков, включающая нагревание банки при 400-600°С и измельчение в дробилке [1].

Недостатком известного решения является необходимость нагрева исходного материала в процессе его переработки, что удорожает процесс, ухудшает экологию производства.

Известна чушка из алюминия марки АВ87, предназначенная для раскисления, производства ферросплавов и алюминотермии, полученная литьем из первичного сырья или из лома и отходов алюминиевых сплавов [2].

Недостатком известного решения является то, что процесс получения чушки - энергоемкий и, как следствие, неэкономичный. Вредные выбросы в атмосферу при таком производстве дополнительно усугубляют неблагоприятную экологическую ситуацию.

Также следует отметить, что при введении в расплав стали в качестве раскислителя чушкового алюминия, наблюдается значительный угар алюминия (75-80%), поскольку легкий алюминий в значительной степени всплывает в шлак и выгорает при взаимодействии с оксидами шлака и кислородом воздуха [3].

Поэтому применение чистого (первичного или вторичного) алюминия в виде кусков (чушек) для раскисления и легирования стали нежелательно.

Известен брикет для раскисления стали, выполненный из алюминия и частиц сплава на основе железа [4].

Недостатком известного решения является трудоемкость и дороговизна изготовления брикета, поскольку он получается путем расплавления чушкового алюминия в индукционной печи, замешиванием в полученный расплав частиц сплава на основе железа и разливкой жидкотвердой смеси в изложницы после тщательного перемешивания.

Из анализа уровня техники видно, что существующее производство вторичного алюминия является затратным, не позволяет экономично переработать низкосортное алюминиевое сырье и получить новый продукт, готовый к применению на предприятиях металлургической промышленности, например при производстве различных марок стали.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является брикет из алюмосодержащего материала, полученный прессованием смеси измельченного алюминия с добавкой, содержащей в качестве алюминия отходы производства вторичного алюминия, а в качестве добавки - негашеную известь CaO [5].

Недостатками данного решения является то, что такой брикет не является компактным продуктом, из которого можно комплектовать различные по весу упаковки для дальнейшего использования при производстве различных марок стали. При этом процесс получения брикета довольно трудоемок, требует значительных затрат.

Технический результат заявляемого решения состоит в повышении экономической эффективности при производстве брикетов из трудноперерабатываемого вторичного сырья и одновременно с этим в повышении характеристик конечного продукта, который при этом можно комплектовать по весу и размеру.

Для достижения указанного технического результата в брикете из вторичного алюминия, полученном прессованием смеси измельченного алюминия с добавкой, содержащем в качестве алюминия отходы производства вторичного алюминия, а в качестве добавки, негашеную известь CaO, согласно предложению, в качестве отходов алюминия он содержит алюминиевый лом с размером фракций от более 3 до 10 мм, а негашеная известь СаО составляет от более 10 до 30% от общей массы смеси, при этом масса полученного брикета составляет 15-2000 г.

Также, согласно предложению, для получения брикета вторичного алюминия марки АВ-91 в качестве алюминиевого лома он содержит пищевую алюминиевую банку как основу и не более 10% фольги. Для получения брикета вторичного алюминия марки АВ-87 в качестве алюминиевого лома он содержит пищевую алюминиевую банку как основу, не более 10% фольги и не более 10% стружки алюминиевых сплавов. Причем получают брикет в виде цилиндра массой 15-2000 грамм, диаметром 10-150 мм и высотой 15-200 мм.

Наличие указанных отличительных признаков свидетельствует о соответствии заявляемого технического решения критерию патентоспособности «новизна».

Такой брикет из алюминия в металлургии можно использовать для раскисления стали пред заливкой ее в форму, а также в процессах получения некоторых металлов методом алюминотермии.

Изготовление брикета из алюминиевого лома, например использованных алюминиевых банок, фольги, стружки алюминиевых сплавов, позволяет снизить себестоимость брикета за счет утилизации использованных алюминиевых банок и отходов металлургического производства.

Способ получения заявляемого брикета прост, универсален, производителен, так как обеспечивает короткий цикл изготовления, не требует сложного специального оборудования для его осуществления, соответствует современному требованию гибкости производства, позволяет с незначительными капитальными вложениями наладить серийное или мелкосерийное производство в рамках мелкого и среднего бизнеса.

Конечный продукт представляет собой смесевой брикет со шлакообразующей добавкой, в котором алюминия содержится от 70 до 90%; в зависимости от количества добавки в виде СаО-негашеной извести, а именно 10-30% от общей массы смеси. Масса брикета при этом составляет, например 700 грамм. Объемная плотность брикета составляет 0,85-0,95% от плотности смеси.

Такие небольшие брикеты можно объединить в одно целое и составить единую упаковку продукта, разнообразную по весу (в зависимости от предпочтения потребителя).

Соединение в один компактный брикет вторичного алюминия и негашеной извести позволяет снизить расход компонентов, в сравнении с тем, если использовать их по отдельности при металлургическом производстве. В то же время появляется возможность механизированной подачи в печь одновременно двух компонентов в нужных пропорциях.

Заявляемый брикет удобен для хранения и транспортировки, так как негашеная известь СаО в таком виде, спрессованная с алюминиевым ломом, менее подвержена к вступлению в реакцию с водой (влагой).

Регулируемая плотность брикета и концентрация СаО позволяют применять продукт на различных стадиях плавки стали. Заявляемый брикет удобен для расчета завалки шихты в печь, так как имеет точный химический состав и массу. Он дает возможность применения продукта в различных металлургических процессах по массе и химическому составу.

Заявляемый брикет позволяет получить усвоение алюминия при раскислении стали более полное, вследствие отсутствия выносов в систему газоочистки, преждевременного окисления и пылеобразования.

Использование брикета также способствует удалению серы в результате взаимодействия сернистого железа с известью, так как известно, что FeS+СаО==FeO+CaS.

Также известно, что важнейшими компонентами шлака, оказывающими основное влияние на его свойства, являются оксиды СаО.

Заявляемый брикет, изменяя состав шлака, позволяет отчищать металл от таких вредных примесей, как фосфор и сера, а также регулировать по ходу плавки содержание в металле марганца, хрома и некоторых других элементов.

Известно, что фосфор в стали является вредной примесью, отрицательно влияющей на ее механические свойства, поэтому содержание фосфора в стали в зависимости от ее назначения ограничивается пределом 0,015-0,016%.

Окисление фосфора можно представить следующим образом:

2[Р]+5(FeO)=(P₂О₅)+5[Fe];

(Р₂О₅)+3(FeO)=(FeO)₃ P₂О₅;

(FeO)₃ P₂О₅+4(CaO)=(CaO)₄ P₂О₅+3(FeO);

2P+5(FeO)+4(CaO)=(CaO) ₄ P₂О₅+5Fe.

Из представленного уравнения следует, что повышение основности и снижение окисленности шлака способствует десульфации. В зависимости от условий ввода раскислителей в металл различают два метода раскисления: глубинное (или осаждающее) и диффузионное раскисление.

При глубинном раскислении раскислители вводят в глубину металла. В этом случае требуется определенное время для того, чтобы продукты раскисления - оксиды кремния, марганца, алюминия всплыли в шлак.

При диффузном раскислении раскислители в тонко измельченном виде попадают в шлак, покрывающий металл. Сначала, в этом случае, происходит раскисление шлака, а снижение содержания кислорода в металле происходит за счет его перехода из металла в шлак, то есть [О]==>(О). При диффузионном раскислении не происходит загрязнение металла неметаллическими включениями - продуктами раскисления.

Важным в технологии кислородно-конвертерного процесса является шлакообразование. Шлакообразование в значительной мере определяет ход удаления фосфора, серы и других примесей, оно влияет на качество выплавляемой стали, выход годного продукта и качество футеровки. Основная цель этой стадии плавки заключается в быстром формировании шлака с необходимыми свойствами (основностью, жидкоподвижностью и т.д.). Сложность выполнения этой задачи заключается в высокой скорости процесса (длительность продувки 14-24 минуты). Формирование шлака необходимой основности и с заданными свойствами зависит от скорости растворения извести в шлаке. На скорость растворения извести в шлаке влияют такие факторы, как состав шлака, его окисленность, условия смачивания шлаком поверхности извести, перемешивание ванны.

Из вышесказанного следует, что технический результат изобретения достигается новой совокупностью существенных признаков как вновь введенных, так и известных, следовательно, заявляемое техническое решение соответствует критерию патентоспособности «изобретательский уровень».

Для получения брикета из вторичного алюминия используют сырье: алюминиевую банку из-под напитков, алюминиевую фольгу, стружку алюминиевых сплавов, мелкий лом алюминиевых сплавов.

В технологическом процессе используют оборудование: мельницу, брикетировочный пресс, весы, химическую экспресс-лабораторию, смеситель.

Брикет изготовляют следующим образом.

После того как сырье поступит на склад, проводят отбор и сортировку по химическому составу, по засору. При необходимости осуществляют сушку сырья. Далее сырье подают в мельницу, где его измельчают в крупку до фракций 3-10 мм. Полученную крупку подвергают химическому анализу, после чего подают в смеситель для получения необходимого химического состава. Когда химический состав удовлетворяет требованиям, то смесь подают в брикетировочный пресс. В качестве шлакообразующего компонента в смесь добавляют негашеную известь СаО в количестве 10-30% от общей массы смеси. Полученные после прессования брикеты упаковывают в мягкие контейнеры и отправляют на склад.

Изобретение поясняется примерами.

Пример 1.

Брикет из вторичного алюминия получен прессованием смеси измельченного алюминиевого лома со шлакообразующим компонентом.

Для получения АВ-91 в качестве алюминиевого лома он содержит пищевую алюминиевую банку как основу 80% и 5% фольги.

Сырье поступает в мельницу, где измельчается до фракций размером 1-5 мм. В качестве шлакообразующего компонента брикет содержит негашеную известь СаО в количестве 15% от общей массы смеси.

После прессования масса полученного брикета составляет 400 грамм.

Брикет выполнен в виде цилиндра диаметром 70 мм и высотой 80 мм.

Пример 2.

Брикет из вторичного алюминия получен прессованием смеси измельченного алюминия со шлакообразующим компонентом.

Для получения АВ-87 в качестве алюминиевого лома он содержит пищевую алюминиевую банку как основу в количестве 60%, 10% фольги и 10% стружки алюминиевых сплавов. Сырье поступает в мельницу, где измельчается до фракций размером 1-8 мм. В качестве шлакообразующего компонента брикет содержит негашеную известь СаО в количестве 20% от общей массы смеси, при этом масса полученного брикета составляет 700 грамм.

Брикет выполнен в виде цилиндра диаметром 70 мм и высотой 90 мм.

Из вышесказанного следует, что заявляемое техническое решение обеспечивает технический результат, получение его не вызывает затруднений, предполагает использование освоенных материалов и стандартного оборудования, что свидетельствует о соответствии заявляемого технического решения критерию патентоспособности «промышленная применимость».

Источники информации

1. Заявка Японии JP 8049023, В09В 5/00, С22В 1/14, 1996.

2. Межгосударственный стандарт ГОСТ 295-98 «Алюминий, для раскисления, производства ферросплавов и алюминотермии», дата введения 01.07.2001.

3. Теория и технология производства ферросплавов: Учебник для вузов / Гасик М.И., Лякишев Н.П., Емлин Б.И. М.: Металлургия, 1988, 784 с.

4. Патент РФ № 2208053, С21С 7/06, 2003.

5. Патент РФ № 2092589, С22В 1/243, 1997.