/
Author: Галевский Г.В. Минцис М.Я. Кулагин Н.М.
Tags: цветные металлы в целом металлургия обработка металлов алюминий
ISBN: 5-02-031403-Х
Year: 1998
Text
Г.В. ГАЛЕВСКИЙ
Н.М. КУЛАГИН
М.Я. МИНЦИС
X 4 h'v.X Н ‘ sJ14v'“
а — г( -
МЕТАЛЛУРГИЯ
ВТОРИЧНОГО
АЛЮМИНИЯ
Рекомендовано Министерством общего и профессионалы- . , , . г,
4г ного образования Российской Федерации в качестве учеб-
ного пособия для студентов высших учебных заведений,
. > обучающихся по направлению “Металлургия”, специально- j '
. сти “Металлургия цветных металлов”
• <f '< . у а .
1^1 ' -*' • ' '-*
, , > V -Л - - ,• i -X
НОВОСИБИРСК -44 и - , ,
"НАУКА" , <Г’ 1 : '-'а
СИБИРСКОЕ ПРЕДПИдаТИЕ РАН
1998 ‘ ”. х/ ЗЙ
УДК 669.2: 669.4
ББК 34.33
Г15
Металлургия BtfojSi/iHoro алюминия: Учебное пособие для
вузов / Г.В. Галевский, Н.М. Кулагин, М.Я. Минцис. — Ново-
сибирск: Наука. Сибирское предприятие РАН, 1998. — 289 с.
ISBN 5-02-031403-Х.
Рассмотрены источники сырья и характеристики товарной продукции
предприятий вторичного алюминия, процессы первичной и металлургической
переработки лома, отходов алюминия и используемое при этом оборудование,
основы проектирования технологических схем цехов и заводов по производ-
ству вторичного алюминия, вопросы экономики, экологии, утилизации отхо-
дов и охраны труда.
Для студентов вузов, обучающихся по направлению "Металлургия" и спе-
циальности "Металлургия цветных металлов".
Ил. 100. Табл, 48. Библиогр.: 42 назв.
Рецензенты
кафедра электрометаллургии легких металлов
Иркутского государственного технического университета
доктор технических наук, профессор
Ю.В. Борисоглебский °
«ТО
Без объявления
ISBN5—02—031403—X
© Г.В. Галевский,
t № Н.М. Кулагин, М.Я. Мимцис, 1998
© Оформление. СП “Наук»” РАН, 1998
ПРЕДИСЛОВИЕ
* г г f ' f И 7 , 1 ‘
' ’ '‘У V ”
;<;,' к : " I ... ‘ , ’• i >• ’ ji
H'ii-fHfj. !' г-'гбгА, >’ '• 'sv'^’S (ИНН^О^’-Э л
.'•• jMVA'. ' ЭНЗ q ’udKA'SA, ,r A-qc АЬА.ША ’И
Вторичным алюминием называют алюминиевые сплавы,
полученные путем переплавки лома и отходов. В России нача-
ло производству вторичного алюминия было положено в
1928 г., когда на базе небольшого московского предприятия
был организован завод для переработки лома и отходов цвет-
ных металлов, в том числе и алюминия. В период с 1928 по
1932 г. ежегодный выпуск вторичного алюминия составлял 700—
800 т. В то время уровень технологии переработки алюминие-
вых отходов был крайне низким, все процессы обработки и
плавки выполнялись вручную. Выход металла в готовую про-
дукцию не превышал 73—75 %. Вследствие низкого качества
получаемого вторичного алюминия его в основном использо-
вали в черной металлургии для раскисления стали. И лишь с
пуском крупных специализированных заводов (Подольского,
Мценского, Сухоложского и др.) с высоким уровнем автома-
тизации и механизации технологических процессов выход ме-
талла в готовую продукцию повысился до 91,0—91,7 %, а ка-
чество вторичных алюминиевых сплавов значительно улучши-
лось, благодаря чему большая часть их используется в машино-
строении как полноценный материал.
Анализ мировых тенденций развития металлургии вторич-
ного алюминия в 60—90-е годы свидетельствует о достаточно
высоких и устойчивых темпах расширения его производства,
обусловленных двумя основными причинами:
— благоприятными технико-экономическими показателями
(в структуре себестоимости производства вторичных алюмини-
евых сплавов затраты на сырье и материалы составляют около
88 %, а на энергию — только около 2 %, в то время как затра-
ты на электроэнергию при производстве первичного алюминия
превышают 40 %);
— возможностью реализации производства в экологически
более чистых вариантах.
4
Предисловие
В Японии практически осуществлен переход на выпуск
вторичного алюминия, а в США уровень утилизации алюми-
ниевого лома составляет более 60 %. В России отмечается стрем-
ление к освоению процесса получения вторичного алюминия
на заводах, ориентированных ранее только на производство
первичного алюминия. Таким образом, производство вторич-
ного алюминия является сегодня важнейшей составляющей ме-
таллургии алюминия, а состояние его характеризует уровень
национальной общетехнической культуры.
Отмеченные выше тенденции должны найти отражение в под-
готовке выпускников вузов, специализирующихся в области про-
изводства алюминия. Однако изданные ранее монография (Г.В. Ла-
рионов. Вторичный алюминий. — М.: Металлургия, 1967) и учеб-
ное пособие (И.В. Худяков, А.П. Дорошкевич, С.Э. Кляйн и др.
Технология вторичных цветных металлов. — М.: Металлургия, 1981)
не отражают современного состояния металлургии вторичного
алюминия. Поэтому авторами предлагаемого пособия предприня-
та попытка восполнить образовавшийся дефицит учебно-методи-
ческой литературы по производству вторичного алюминия и сде-
лать доступными те материалы, без которых невозможна углуб-
ленная технологическая подготовка инженеров-металлургов по
специальности 110200 — металлургия цветных металлов.
По своей структуре и характеру излагаемого материала учеб-
ное пособие может быть рекомендовано для использования в
первую очередь студентами вузов, обучающимися по направле-
нию "Металлургия" и специальности "Металлургия цветных
металлов" при изучении ими курсов "Металлургия легких ме-
таллов", "Электрометаллургия алюминия и магния", "Металлур-
гия вторичных цветных металлов", решении вопросов курсово-
го и дипломного проектирования. Учебное пособие может быть
также полезно для инженерно-технических работников алюми-
ниевых предприятий, специалистов учебных и научно-исследо-
вательских институтов, аспирантов и слушателей факультетов
повышения квалификации.
Авторы выражают благодарность за предоставленные мате-
риалы, обсуждение рукописи и помощь в работе А.Ф. Пинае-
ву, Н.А. Оленцевичу, Н.Д. Зудину, А.С. Кречетову, Е.Ю. Овчин-
никову, В.В. Козловой, Е.Н. Поляху, В.М. Елегечеву.
РАЗДЕЛ I
•1 , > *
СЫРЬЕ И ТОВАРНАЯ ПРОДУКЦИЯ
ПРЕДПРИЯТИЙ ВТОРИЧНОГО АЛЮМИНИЯ
. •. *.5
Глава 1
Сырье для производства вторичного алюминия
Производство цветных металлов постоянно растет, что связано
с увеличением потребности в них. Однако производство цвет-
ных металлов из рудного сырья сопряжено со все возрастаю-
щими затратами вследствие ухудшения горно-геологических
условий разработки месторождений, снижения содержания ме-
таллов в рудах, повышения расходов на топливо, энергию и
защиту окружающей среды, вовлечения в производство место-
рождений, находящихся в труднодоступных районах [1]. Затра-
ты на топливо и энергию возрастают не только из-за увеличе-
ния в ряде случаев их расхода, но и из-за повышения цен на
них. Так, затраты на электроэнергию в себестоимости первич-
ного алюминия на одном из заводов возросли с 19 % в 1985 г.
до 52 % в настоящее время.
Металлы и сплавы, получаемые из вторичного сырья, со-
ставляют большой удельный вес в общем объеме производства
и потребления цветных металлов. По данным [2], мировая доля
вторичного алюминия превышает 3 млн т/год, что составляет
около 20 % от общего производства алюминия.
Производство вторичных цветных металлов, и алюминия
в частности, весьма эффективно, так как затраты сырья и ма-
териалов на их изготовление значительно ниже, чем на вы-
пуск первичных металлов. Кроме того, в подавляющем боль-
шинстве случаев технология вторичного металла экологичес-
ки более чистая.
Так, на выпуск 1 т вторичного алюминия расходуется около
2 тыс. кВт • ч электроэнергии, что в 7—9 раз ниже, чем на про-
изводство алюминия электролитическим способом. При этом
практически полностью исключены выбросы в атмосферу та-
6
Гл. 1. Сырье для производства вторичного алюминия
ких вредных соединений, как фторид водорода и смолистые
вещества, которые имеют место при производстве первичного
алюминия.
Все стадии процесса получения вторичного алюминия,
включая сбор и подготовку лома и отходов алюминиевого сы-
рья к металлургической переработке, весьма специфичны и
сильно отличаются от производства первичного алюминия. Рас-
смотрим основные понятия и определения, присущие производ-
ству вторичного алюминия.
Л. ' 1
' 1.1. Основные понятия и определения <
При производстве промышленной продукции различного назна-
чения образуются отходы, которые не являются целью данного
производства. Оборудование, детали, узлы, запасные части и
различные изделия производственного и бытового назначения
после использования или истечения срока их службы превра-
щаются в отходы потребления (амортизационный лом) и рассмат-
риваются как вторичные материальные ресурсы [3].
Отходы производства — это бракованная продукция, остатки
сырья, материалов и полуфабрикатов, образующиеся в процессе
производства, которые частично или полностью утратили свои
первоначальные потребительские качества и не соответствуют
стандартам.
Отходы потребления — это бывшая в употреблении или
эксплуатации готовая продукция, которая из-за износа утрати-
ла свои потребительские качества и не может использоваться
по прямому назначению.
Отходы производства и отходы потребления подразделяют-
ся на:
— утилизируемые, для которых существует технология пере-
работки, а вовлечение в хозяйственный оборот обеспечивается
экономическими возможностями общества;
— неутилизируемые, для которых на данном этапе отсутству-
ет технология переработки или при наличии таковой эконо-
мические возможности общества не позволяют вовлечь их в
оборот;
1.1. Основные понятия и определения
7
Таблица 1.1
Наиболее распространенные термины и понятия
Термин Определение
Лом цветных металлов Пришедшие в негодность или утратившие эксплуа- тационную ценность изделия
Отходы цветных ме- таллов Отходы при производстве изделий, а также неисп- равимый брак
Ресурсы лома и отхо- дов цветных металлов Лом и отходы, образующиеся во всех отраслях про- мышленности и у населения
Товарные ресурсы ло- ма и отходов Амортизационный и бытовой лом, а также отходы производства, не используемые на местах их обра- зования и поставляемые перерабатывающим пред- приятиям
Брутто лома и отходов Общая масса лома и отходов с засоренностью
Нетто лома и отходов Масса лома и отходов без засоренности
Сортные лом и отходы Лом и отходы цветных металлов и сплавов, разде- ленные по классам, группам и сортам
Низкокачественные лом и отходы Лом и отходы цветных металлов и сплавов, не отве- чающие требованиям к сортам основных групп
Взрывоопасные лом и отходы Лом и отходы цветных металлов, в которых имеют- ся взрывчатые и легковоспламеняющиеся веще- ства, герметически закрытые и полые предметы, содержащие лед и влагу, а также лом и отходы, не прошедшие пиротехнический контроль
Габаритные лом и отходы Лом и отходы, габариты которых соответствуют тре- бованиям ГОСТа
Негабаритные лом и отходы Лом и отходы, габариты которых не отвечают тре- бованиям ГОСТа
Легковесные лом и отходы Лом и отходы с низкой объемной плотностью
Тяжелый лом Лом цветных металлов и сплавов с высокой объем- ной плотностью
Сложный лом Лом соединенных изделий или их частей из двух или более цветных металлов и сплавов
Кусковой лом Разделенный лом цветных металлов и сплавов, а также изделия из них, габариты которых не пре- вышают установленных ГОСТом
Оборотные отходы Отходы цветных металлов и сплавов, используемые на предприятиях, на которых они образуются
8
Гл. 1. Сырье для производства вторичного алюминия
Продолжение табл. 1.1
Термин Определение
Отвальные отходы Отходы цветных металлов и сплавов, образующиеся в процессе производства, дальнейшая переработка которых экономически нецелесообразна
Кусковые отходы Отходы цветных металлов и сплавов, получаемые при литье, прокатке, ковке, штамповке и обрезке
Стружка цветных ме- таллов Отходы цветных металлов и сплавов, образующиеся при обработке изделий на металлообрабатываю- щих станках
Вьюнообразная стружка Сыпучая стружка Бытовой лом Стружка с длиной витка более 100 мм * Стружка с длиной витка до 100 мм Лом цветных металлов и сплавов, образующийся у населения
Опробование лома и отходов Отбор и подготовка пробы для определения засо- :? ренности, металлургического выхода и химичес- , кого состава лома и отходов
Засоренность лома и отходов Металлургический выход Приделки Наличие механических примесей в ломе и отходах Выход цветного металла или сплава (при плавке шихтовых материалов), % Детали из стали, чугуна, неметаллического материа- ла, а также цветного металла и сплава, различаю- щегося по химическому составу от лома, с кото- рым они соединены
Первичная обработка лома и отходов Сортировка, разделка, пиротехнический контроль и приведение лома и отходов цветных металлов и сплавов к соответствующим массе и размерам
Разделка лома и от- ходов Освобождение основного цветного металла или сплава от засоренности, а также приведение к массе и размерам, удобным для дальнейшей пере- работки
Огневая разделка лома Разделка крупногабаритного лома аппаратами огне- вой резки
О плавка лома Разделение лома цветных металлов и сплавов, осно- ванное на разнице в температурах плавления ос- новного металла и приделок 4
Сортировка Разделение лома и отходов цветных металлов и сплавов на классы, группы, сорта, марки метал- лов и сплавов >
1.1. Основные понятия и определения
9
Окончание табл. 1.1
Термин Определение
Сушка стружки Удаление влаги и масел со стружки с помощью нагрева
Пакет из лома и отхо- дов цветных металлов Лом и отходы, подвергшиеся для увеличения плот- ности прессованию на пакетир-прессах
Переработка лома и отходов Подготовительные и металлургические операции для получения цветных металлов и сплавов из лома и отходов
— вторичные ресурсы — это весь объем отходов, который об-
разуется в сфере не только материального производства, но и в
непроизводственной. Они вовлекаются в хозяйственный оборот как
непосредственно в местах их образования, так и через систему
заготовки, поставляющую эти ресурсы в сферу производства;
— потенциальные вторичные ресурсы — это весь объем отхо-
дов, образующийся в сфере производства и потребления, за
исключением безвозвратных потерь;
— ресурсы, возможные к сбору и использованию, — это объем
отходов (часть вторичных ресурсов), для которых существует
технология утилизации и вовлечение их в оборот обеспечивает-
ся экономическими возможностями общества.
Вторичные материальные ресурсы, используемые при про-
изводстве вторичного алюминия, являются дорогостоящим и
дефицитным сырьем и должны расходоваться экономно. Важ-
ный резерв экономии — повышение уровня потребления побоч-
ных продуктов, которые образуются в результате физико-хими-
ческой переработки сырья наряду с основной продукцией, но
не являются целью производственного процесса и могут быть
применены в промышленности без доработки в качестве гото-
вой продукции. В большинстве случаев побочные продукты —
товарная продукция, и на них имеются стандарты или техни-
ческие условия.
Понятия и определения в области образования и исполь-
зования лома и отходов цветных металлов весьма специфичны,
и поэтому они установлены ГОСТ 18978—73 "Лом и отходы цвет-
ных металлов. Термины и определения". В табл. 1.1 приведены
выдержки из указанного ГОСТа.
10
Гл. 1. Сырье для производства вторичного алюминия
1.2. Классификация и характеристика вторичного сырья
Лом и отходы цветных металлов (в том числе алюминия) клас-
сифицируются по физическим признакам на классы, по хими-
ческому составу — на группы и марки, по показателям каче-
ства — на сорта.
Масса лома и кусковых отходов согласно ГОСТ 1639—93
всех групп должна быть не более 100 кг, размеры — не более
бООхбООх 1500 мм, размеры кусков низкокачественного лома
и отходов не должны превышать ЮООх 1000x2000 мм. Прово-
лока, обрезь труб, листов, лент, высечка из листов, фольга,
тубы, проводники тока должны поставляться в пакетах или
связках, и их масса не должна превышать 150 кг. По согла-
шению между поставщиком и потребителем допускается сдача
лома и отходов алюминия, превышающих указанные выше
массу и размеры.
Лом и отходы алюминия и алюминиевых сплавов по
ГОСТ 1639—93 разделены на три класса: лом и кусковые отхо-
ды (класс А), стружку (класс Б) и прочие отходы (класс Г).
Класс А в свою очередь подразделяется на 10 групп.
Группа I. Алюминий чистый (нелегированный), содержа-
ние А1 — не менее 99 %, примесей — не более 1 % (в том чис-
ле Si — 0,5, Fe — 0,5, Zn — 0,1, Си — 0,05 %); в группу входят
металлы марок А999, А995, А99, А95, А85, А8, А7, А7Е, А6,
А5, А5Е, АО, АДО, АД.
Группа II. Сплавы алюминиевые деформируемые с низ-
ким содержанием магния, не более (%): Mg — 0,8, Си — 4,8,
Fe — 0,7, Si — 0,7, Zn — 0,3; в группу входят сплавы марок
Д1, В65, Д18, Д1П, АД31.
Группа III. Сплавы алюминиевые деформируемые с вы-
соким содержанием магния, не более (%): Mg — 1,8, Си — 4,9,
Fe — 0,7, Si — 0,7, Zn — 0,3; в группу входят сплавы марок
Д12, Д16, АМг1, Д16П.
Группа IV. Сплавы алюминиевые литейные с низким со-
держанием меди, не более (%): Си — 1,5, Si — 13,0, Fe — 1,5,
Mg — 0,6, Zn — 0,5; в группу входят сплавы марок АЛ5, АЛ32,
АЛ2, АЛ 4, АЛ4-1, АЛ9, АЛ9-1, АЛ34 (ВАЛ5), АК9 (АЛ4В), АК7
(АЛ9В), АЛ5-1.
1.2. Классификация и характеристика вторичного сырья
11
Группа V. Сплавы алюминиевые литейные с высоким со-
держанием меди, не более (%): Si — 8,0, Fe — 1,6, Mg — 0,8,
Zn — 0,6; в группу входят сплавы марок АЛЗ, АЛ6, АК5М2 (АЛЗВ),
АК7М2 (АЛ14В), АЛ7, АЛ19, АК5М7 (АЛ10В), АЛЗЗ (ВАЛ1).
Группа VI. Сплавы алюминиевые деформируемые с вы-
соким содержанием магния, не более (%): Mg — 6,8, Si — 0,8,
Fe — 0,5, Си — 0,2, Zn — 0,2; в группу входят сплавы марок
АМг2, АМгЗ, АМг4, АМг5, АМг5п, АМгб.
Группа VII. Сплавы алюминиевые литейные с высоким
содержанием магния, не более (%): Mg — 13,0, Fe — 1,5, Si —
1,3, Си — 0,3, Zn — 0,2; в группу входят сплавы марок АЛ8,
АЛ27, АЛ27-1, АЛ13, АЛ22, АЛ23, АЛ23-1, АЛ28.
Группа VIII. Сплавы алюминиевые деформируемые с вы-
соким содержанием цинка, не более (%): Zn — 7,0, Mg — 2,8,
Си — 2,0, Fe — 0,7, Si — 0,7; в группу входят сплавы марок
В95, 1915, 1925.
Группа IX. Сплавы алюминиевые литейные с высоким со-
держанием цинка, не более (%): Zn — 12,0, Si — 8,0, Си —
5,0, Fe — 1,3, Mg — 0,3; в группу входят сплавы марок АЛ11,
АК4М4, АК4М2Ц6.
Группа X. Низкокачественные лом и кусковые отходы
алюминия и алюминиевых сплавов, не отвечающие требовани-
ям всех перечисленных групп.
Группа I включает три сорта. Содержание металла в 1, 2 и
3-м сортах должно быть не менее 97, 90 и 85 % соответственно.
Группы II—V подразделены на четыре сорта, причем 2-й и 3-й
сорта отражают требования как к кусковым материалам (2-го и 3-
го сортов), так и к лому (2 - и 3 -сортов). Содержание металла в
1-м сорте не менее 96 %, во 2-м — не менее 93 (для отходов) и
90 (для лома), в 3-м — не менее 85, в 4-м — не менее 75 %. Груп-
пы VI—IX имеют по три сорта, к металлу 2-го сорта отдельные
требования к кусковым отходам и лому, содержание металла в
1-м сорте не менее 96 %, во 2-м — не менее 90 и 85 %, а в 3-м
сорте — не менее 75 %. Группа X включает два сорта, содержание
металла в 1-м сорте не менее 70 %, во 2-м — не менее 50 %.
Классификация стружки алюминия и алюминиевых сплавов
(класс Б) по группам аналогична классификации лома и кус-
ковых отходов. В группы I—IX входит стружка сыпучая трех сор-
12
Гл. 1. Сырье для производства вторичного алюминия
тов и вьюнообразная пакетированная (4-й сорт), металлурги-
ческий выход должен быть не менее (%): для 1-го сорта — 90,
для 2-го — 75, для 3-го — 70, для 4-го — 85. В группу X входит
низкокачественная стружка двух сортов, металлургический вы-
ход 1-го сорта не менее 50%, 2-го — не менее 40 %.
Прочие отходы алюминия и алюминиевых сплавов, (класс
Г) подразделяют только по сортам в зависимости от металлур-
гического выхода, последний равен 80 % для 1-го сорта и 40 и
30 % — соответственно для 2-го и 3-го сортов. К прочим отхо-
дам относят также алюминиевые тубы, фольгу, мелкую струж-
ку и алюминиево-наждачную пыль.
Кроме этого сложный лом подразделяют на пять групп, в
том числе представляющие для нас интерес: группа II — ос-
винцованный кабель и провода с алюминиевой жилой и группа
III — кабель с алюминиевой оболочкой и медной жилой. Лом
бытовой подразделяют на восемь групп, в том числе: группа I —
алюминий и сплавы на алюминиевой основе и группа VIII —
лом алюминиевый консервной тары.
Качество лома и отходов алюминия определяет возможность
их применения взамен первичного сырья для получения гото-
вой продукции. Наиболее эффективно использовать лом и от-
ходы алюминия на выпуск тех марок сплавов, при обработке
которых они образовались, так как в данном случае сырье уже
легировано необходимыми компонентами, что минимизирует
или полностью исключает применение легирующих присадок.
Приготовленные в результате этого вторичные сплавы после
рафинирования по качеству практически не уступают первич-
ным. Повышение качества вторичного сырья снижает затраты
на его переработку и улучшает качество приготовленных из него
сплавов.
Как показывает практика [3], доля низкокачественного сы-
рья в общей заготовке лома и отходов алюминия составляет
около 60 %, а первых сортов — не более 10 %. При первичной
переработке лома и отходов алюминия на специализированных
предприятиях его качество повышается — удельный вес низко-
качественных лома и отходов, поставляемых на металлургичес-
кие предприятия, снижается в 1,5 — 2 раза, а удельный вес
первых сортов возрастает в 2 раза.
1.3. Источники образования вторичного сырья
13
1.3. Источники образования вторичного сырья
Металлическая основа машин и механизмов во всех отраслях
промышленности не только непрерывно возрастает, но и по-
стоянно обновляется, что связано с их физическим и мораль-
ным старением. Но основные свойства металлов сохраняются и
после прекращения работы оборудования, поэтому металл мно-
гократно обращается в промышленности.
На современном уровне техники не весь металл, используе-
мый при производстве, переходит в готовую продукцию — часть
уходит в отходы, а часть — безвозвратно теряется.
Проблема отходов производства решается в двух направле-
ниях — путем снижения их выхода за счет совершенствования
технологических процессов и путем полного и рационального
использования образующихся отходов. Возобновление обраще-
ния металла, содержащегося в отходах, имеет характер круго-
оборота. Металл, остающийся в отходах металлургического про-
изводства, совершает кругооборот внутри этого производства,
а металлоотходы, образующиеся в металлопотребляющих отрас-
лях, возвращаются в качестве сырья в металлургическое про-
изводство. Итак, полученные из рудного сырья цветные метал-
лы в результате их использования вновь превращаются в метал-
лургическое сырье, но уже вторичное.
Лом и отходы цветных металлов, и в том числе алюминия,
формируются во всех отраслях промышленности, потребляющих
как непосредственно цветные металлы, так и изделия и обору-
дование, содержащее эти металлы.
Отходы алюминия и его сплавов в основном образуются при
производстве:
— металлов и сплавов (шлаки, сплесы, съемы, сор и пр.);
— проката и экструзии ( концы, обрезки, опилки, обдироч-
ная стружка);
— фасонного литья (шлаки, литники, выпоры, сплесы);
— кабельной продукции (концы и обрезь кабеля и прово-
локи, путанка).
Амортизационный лом получается в результате ликвидации
основных средств в промышленности, на транспорте, в строи-
тельстве и сельском хозяйстве; при капитальном и текущем ре-
14
Гл. 1. Сырье для производства вторичного алюминия
монте оборудования, агрегатов и конструкций; вследствие из-
носа или прекращения использования предметов домашнего
обихода.
Поставщиками вторичного алюминиевого сырья являются
предприятия и организации всех отраслей промышленности, но
более 92 % из них поставляет менее 10 т в год. Крупных ломо-
сдатчиков (более 200 т лома в год) насчитывается менее 1000,
но они сдают около 65 % лома и отходов. Наиболее крупными
поставщиками вторичного алюминиевого сырья являются авто-
мобильная промышленность, черная металлургия, машиностро-
ение и электротехническая промышленность. Структура товар-
ных отходов алюминия и его сплавов по источникам образова-
ния характеризуется следующими данными (%) [1]:
Металлообработка 88,9
В том числе:
литье 33,4
! прокат 54,7
». кабельные изделия 0,8
j Производство фасонного литья 8,5
(. Производство кабельной продукции 2,6
Итого... 100,0
Выход отходов (кусковые, стружка) при металлообработке
в целом зависит от многих факторов, а коэффициент выхода
отходов (отношение массы отходов к массе готовой продукции)
при обработке алюминиевых полуфабрикатов ориентировочно
составляет:
Прокат
Литье
Кабельная продукция
Средне е...
0,227
0,196
0,080
0,173
Выход отходов при металлообработке велик из-за невысо-
кого уровня технологии прокатки и литья. В США в этот же
период средний выход отходов составлял 0,135, т.е. на 25—30 %
ниже, что свидетельствует об имеющихся резервах в снижении
выхода отходов.
1.4. Образование лома и отходов алюминия
15
Таблица 1.2
Структура амортизационного лома по состоянию на 1980 г., %
Вид лома СССР США Вид лома СССР США
Моторный 39 35 Самолетный 20 10
Кабельный 7 8 Бытовой 10 2
Строительный 1 5 Консервная тара — 40
При производстве фасонного литья товарные отходы об-
разуются в виде шлаков, в которые переходит до 50 кг ме-
талла на тонну годных отливок. Столь высокий выход шлаков
определяется низким уровнем технологии процесса плавки в
многочисленных мелких литейных цехах машиностроительных
предприятий.
Структура амортизационного лома алюминия и его сплавов
по источникам образования [1] приведена в табл. 1.2.
Приведенная структура амортизационного лома в последние
годы существования СССР не согласуется с общей структурой
его потребления отдельными отраслями народного хозяйства. Это
связано с большими потерями алюминия с кабельным ломом при
закрытии предприятий, и прежде всего горных, с бытовым ло-
мом и практически не собираемым ломом консервной тары. Кроме
того, предлагаемые за лом и отходы цены организациями Втор-
цветмета не стимулировали его сбор, а в настоящее время пред-
приятиям зачастую выгоднее продавать отходы за рубеж.
1.4. Образование лома и отходов алюминия
Лом и отходы металлов подразделяют на оборотные (перераба-
тываемые в местах образования) и товарные, направляемые для
переработки на другие предприятия. Переработка лома и отхо-
дов в местах их образования — главное направление их рацио-
нального использования. Однако объемы переработки лома и
отходов в местах их формирования ограничиваются техничес-
кими и технологическими возможностями на данных предпри-
ятиях, вследствие чего образуются товарные ресурсы этого вто-
ричного сырья, которые составляют около 30 % от общих ре-
сурсов отходов и лома [3].
16
Гл. 1. Сырье для производства вторичного алюминия
Использование лома и отходов в местах их получения учи-
тывают в нормах расхода алюминия на основное производство и
ремонтные нужды. Поэтому представляет практический интерес
рассмотрение методических основ определения объемов образо-
вания и выхода товарных ресурсов лома и отходов алюминия.
Для оценки объемов производимого лома и отходов в це-
лом по промышленности может быть использован корреляци-
онный метод, с помощью которого за ряд лет устанавливают
зависимость между объемом потребления алюминия и возник-
новением отходов, объемом полного фонда алюминия (он ха-
рактеризует на определенный период общую массу алюминия,
содержащуюся в производственных фондах и предметах потреб-
ления) и возвратом лома. Линия регрессии этих показателей
близка к прямой и описывается уравнением типа
у = ах + Ь, л
где у — расчетная величина товарных отходов или лома, т; х —
объем потребления алюминия при расчете образования отходов
и фонд алюминия при расчете возврата лома, т; а, b — коэф-
фициенты регрессии.
Количество алюминия, возвращающегося в сферу производ-
ства продукции в виде амортизационного лома, может быть
весьма значительно. Так, по данным [4], при производстве од-
нородных изделий со сроком службы Т лет с выходом годного
литья 80 %, возврате изделий в лом в количестве 70 % от пер-
воначальной массы ломообразование превзойдет поступление
алюминия в производство уже через 2Тлет, и через 1Т лет оно
станет вдвое больше поступления.
На стадии текущего планирования на год (или другой пе-
риод) для предприятия применим балансовый метод, соизме-
ряющий объем потребления алюминия и объем образования
лома и отходов Q, что может быть осуществлено по следующей
зависимости:
Q = (П • С • К) + [ М • С, • Кя • (1 - Кп) ] + Пл,
где П — плановая потребность предприятия в алюминии и со-
держащих его материалах, т; С — содержание алюминия в по-
требляемых материалах, доли ед.; К — выход отходов, доли ед.;
1.5. Использование лома и отходов алюминия
17
М — плановая потребность в алюминии и содержащих его
материалах на капитальный и текущий ремонт оборудо-
вания, т; С] — содержание алюминия в материалах для ре-
монтных нужд, доли ед.; Кп — коэффициент использования
алюминийсодержащих материалов при выполнении ремонт-
ных работ, доли ед.; Кп — потери алюминия в процессе
эксплуатации основных средств, доли ед.; Пл — количес-
тво алюминия в ликвидируемых основных и оборотных сред-
ствах, т.
Количество амортизационного лома Qa алюминия можно
определить по формуле:
(2а = 0,75 [О' -(<? + <?')],
где Q' — количество потребляемого алюминия; q — количество
отходов; q' — пополнение фонда алюминия; 0,75 — коэффици-
ент возврата алюминия в виде амортизационного лома, выбы-
вающего из фонда алюминия.
Структуру сырьевых ресурсов вторичных цветных метал-
лов определяет соотношение лома и отходов, которое суще-
ственно различается по отдельным цветным металлам в свя-
зи с особенностями их использования в народном хозяйстве.
В среднем доля отходов по всем вторичным цветным метал-
лам составляет 57 %, а доля амортизационного лома — 43 %.
Для алюминия это соотношение составляет 75 и 25 % соот-
ветственно.
Нормативы выхода отходов не являются стабильными и по
мере развития техники, совершенствования технологии и орга-
низации производства они должны пересматриваться.
1.5. Использование лома и отходов алюминия
Сразу после освоения в конце прошлого века относительно де-
шевого электролитического способа производства алюминия про-
мышленность столкнулась со сложностями его сбыта вследствие
низких механических свойств, и поэтому такой материал не мог
найти широкого применения в качестве конструкционного, если
бы не были определены пути и методы его упрочнения.
2 Заказ № 215
18
Гл. 1. Сырье для производства вторичного алюминия
<' I Таблица 1.3
Механические свойства алюминия при комнатной температуре
Содержание А1, % Предел текучести, МПа Предел прочности, МПа Относительное удлинение, %
99,99 10 45 50
99,80 20 60 45
99,60 30 70 43
Как показали результаты исследований, даже небольшое со-
держание примесей способствует повышению прочности алю-
миния и снижению его пластичности, что хорошо видно из
табл. 1.3 [5].
Таким образом, технический алюминий марки А6, т.е. с со-
держанием 0,4 % примесей, имеет почти вдвое более высокую
прочность, чем алюминий высокой чистоты. При дальнейшем уве-
личении количества примесей алюминий образует сплавы с раз-
нообразными свойствами, методы приготовления и свойства ко-
торых описаны в последующих главах. Здесь лишь отметим, что
подавляющее количество производимого первичного алюминия
используется в виде литейных и деформируемых сплавов, а чис-
тый алюминий — в основном только в производстве полупровод-
ников и электролитических конденсаторов из фольги, в криоэлек-
тронике и криомагнетике. Технические сорта алюминия широко
распространены в электротехнической промышленности для про-
изводства проводников в виде проволоки, кабеля и шин.
Доминирующее количество лома и отходов алюминия — это
сплавы с различным химическим составом, и лишь небольшая
часть лома представлена электротехническими марками алюми-
ния — А5Е и А7Е.
Наиболее полное и комплексное использование всех цен-
ных компонентов, содержащихся в ломе, может быть достиг-
нуто при условии их переработки на сплавы, аналогичные или
близкие по своему составу к исходному сырью. При переработ-
ке вторичного алюминиевого сырья на заводах по производству
первичного алюминия часть полученных вторичных сплавов
может быть использована для подшихтовки первичного алюми-
ния без ухудшения его сортности, что резко повышает эконо-
мическую эффективность переработки этого вида сырья.
1.5. Использование лома и отходов алюминия
19
В заготавливаемом сырье лом и отходы деформируемых
сплавов составляют около 50 %, в то время как для производ-
ства деформируемых сплавов расходуют около 10 % лома и
отходов. Технологические возможности и производственные
мощности предприятий по производству алюминиевого про-
ката позволяют применять в шихте для деформируемых спла-
вов почти всю обрезь нелегированного алюминия и деформи-
руемых сплавов с низким содержанием цинка и магния при
условии их раздельного сбора и поставки. Удельный вес этого
сырья в общей заготовке лома и отходов составляет 20 %. В
принципе, возможно дальнейшее увеличение доли вторично-
го сырья при производстве проката за счет использования
стружки и кусковых отходов высокомагниевых и высокоцин-
ковистых сплавов.
В США более 60 % алюминиевых литейных сплавов, полу-
чаемых из вторичного сырья, идет на литье под давлением,
20 % — на литье в землю и постоянные формы, частично — на
раскисление стали, изготовление безводного хлорида алюминия
и катализаторов взрывчатых веществ.
На территории бывшего СССР незадолго до его распада
92 % лома и отходов алюминия использовалось для производ-
ства сплавов, 6 % — для производства проката и остальное ко-
личество — для прочих производств.
До настоящего времени значительное количество лома цвет-
ных металлов не вовлекается в заготовку. Результаты исследо-
ваний [3] показали, что ежегодно до 80 тыс. т лома алюминие-
вых и медных сплавов вместе с ломом черных металлов посту-
пает на производство стали, ухудшая ее качество. Практически
не используется лом консервной тары из алюминия, в которой
поставляется огромное количество напитков из-за рубежа. Много
лома алюминия вывозится на свалки, остается в отработанных
Шахтах, на стройках и других предприятиях.
Экономическая эффективность использования лома и отхо-
дов алюминия в значительной степени зависит от уровня техно-
логических процессов подготовки и переработки сырья, величи-
ны потерь металла, качества продукции, трудоемкости, расхода
топлива, электроэнергии, вспомогательных материалов. Она мо-
жет быть повышена за счет внедрения поточных механизирован-
20
Гл. 2. Товарная продукция из вторичного алюминия
ных линий первичной обработки сырья, ЭВМ для расчета ших-
ты и корректировки плавок, высокопроизводительных плавиль-
ных агрегатов, обеспечивающих минимальный расход топлива и
угар металла, процессов рафинирования сплавов и др. >
Глава 2
'! TV
жед ед
еедедп аед
: аз a wq
Товарная продукция из вторичного > 'г'
АС < ед *г-
алюминия ;
/П. .ед f сгф.-!
Как было показано в гл. 1, подавляющее количество лома и от-
ходов алюминия используется для приготовления сплавов различ-
ного назначения, при этом около 70 % вторичного алюминия
расходуется на приготовление литейных сплавов, около 4 % —
на выпуск деформируемых сплавов и более 20 % — для раскис-
ления стали, производства ферросплавов и алюмотермии [4].
2.1. Основы теории алюминиевых сплавов
При получении сплавов возможны следующие варианты:
— сплав в твердом виде представляет собой смесь кристал-
лов чистых компонентов;
— компоненты образуют гомогенный твердый раствор. В этом
случае атомы растворенного вещества замещают атомы раство-
рителя в кристаллической решетке либо внедряются в нее, рас-
полагаясь между узлами решетки;
— компоненты образуют химическое соединение;
— при кристаллизации несмешивающихся жидкостей ком-
поненты ведут себя независимо и располагаются слоями в со-
ответствии с их плотностью. При этом сплав может быть при-
готовлен в виде мелкодисперсной эмульсии.
Сплавы в жидком состоянии (за исключением случаев не-
смешиваемости) находятся в виде растворов. При неограничен-
ной растворимости одного компонента в другом при снижении
температуры оба компонента кристаллизуются одновременно.
Если растворимость компонентов ограниченна, кристаллизация
2.1. Основы теории алюминиевых сплавов
21
Рис. 2.1. Диаграмма состояния
системы Sb—Bi.
может протекать с образо-
ванием растворов, эвтекти-
ческих смесей и химических
соединений.
В условиях атмосфер-
ного давления состояние
сплавов зависит от двух па-
раметров — концентрации
компонентов и темпера-
туры. Эта зависимость пред-
ставляется графически в
виде диаграмм состояния,
как правило, в координа-
тах температура — концен-
100 70 50 30 1 0 Sb
Концентрация, %
трация. \
Рассмотрим наиболее типичные диаграммы состояния.
Диаграмма состояния системы с непрерывным рядом твер-
дых растворов. На рис. 2.1 представлена диаграмма состояния
системы сурьма — висмут, где верхняя кривая L является кри-
вой ликвидуса, нижняя S — кривой солидуса. Поля, распо-
ложенные выше кривой ликвидуса и ниже кривой солидуса,
однофазные дивариантные поля: верхнее — поле жидкости,
нижнее — поле твердых растворов. Область между кривыми
ликвидуса и солидуса представляет собой двухфазное и по-
тому моновариантное поле равновесия жидкости и твердых ра-
створов.
Диаграмма состояния системы с эвтектикой без твердых
растворов и химических соединений. В качестве примера рассмот-
рим диаграмму состояния системы свинец — сурьма (рис. 2.2).
Эвтектические сплавы (13 % Sb и 87 % РЬ) кристаллизуются
при температуре 247 °C (область точки £). Все типы сплавов
до эвтектики Е носят название доэвтектических (область I). В
этих сплавах в матрице эвтектического раствора (Е) присут-
ствуют кристаллы свинца. В сплавах, расположенных на диаг-
рамме правее эвтектики Е и называемых заэвтектическими
22
Гл. 2. Товарная продукция из вторичного алюминия
Концентрация, %
Рис. 2.2. Диаграмма состоя-
ния системы Pb—Sb.
/ (область//)^ матрице
? эвтектического раствора
(Е) присутствуют крис-
таллы сурьмы.
Диаграмма состоя-
Н ния системы с ограни-
-i ценной растворимостью
компонентов в твердом
{ состоянии и перитекти-
кой. На диаграммах та-
’ кого типа при перитек-
тической температуре
твердый раствор состава
а разлагается на твердый раствор состава р и жидкость —
перитектику а <=> р + Ж.
Диаграмма состояния системы с химическим соединением,
плавящимся с разложением. На этой диаграмме ликвидус харак-
теризуется «открытым максимумом», изображающим недосяга-
емую температуру плавления в процессе нагревания соедине-
ния АтВ„ (А, В — компоненты системы). Это соединение при
более низкой температуре разлагается по перитектической ре-
акции АтВ„ с>Ж+ В.
Практическое значение диаграмм состояния сплавов очень
велико. Они, в частности, позволяют выделить и проанализи-
ровать три различные области состояния сплавов.
Жидкое состояние сплавов. Находящаяся выше линии лик-
видуса область жидкого состояния сплавов характеризует-
ся полным взаимным растворением компонентов, за иск-
лючением редких случаев несмешиваемости. Здесь совершается
большинство металлургических процессов — взаимодействие
металла со шлаком, футеровкой печи, газами, атмосферой и
твердой шихтой. С повышением температуры снижается вязкость
сплава, увеличивается поглощение металлом газов, ускоряют-
ся окисление металла и разрушение футеровки.
2.1. Основы теории алюминиевых сплавов
23
Область кристаллизации сплавов. Область между линиями
ликвидуса и солидуса соответствует изменениям, происходящим
со сплавами в процессе перехода из жидкого состояния в твер-
дое. В этой области начинается образование твердых растворов,
эвтектических смесей и некоторых химических соединений. От-
резок по вертикали между линиями ликвидуса и солидуса для
каждой концентрации сплава дает интервал температур крис-
таллизации сплава. Для некоторых сплавов этот интервал зна-
чителен, для других — небольшой, а для сплава эвтектическо-
го состава равен нулю. При большом интервале структура за-
стывшего металла может быть неоднородной, с трещинами, а
при малом интервале сплав более однороден.
На структуру сплава сильно влияет скорость охлаждения. Мед-
ленное охлаждение дает возможность завершиться процессам диф-
фузии, и отливки получаются однородными. При быстром охлаж-
дении отливки получаются неоднородными. Сплавы, образующие
твердые растворы, могут при застывании быть мелкокристалли-
ческими или создавать дендритные (древовидные) структуры,
которые, разрастаясь, становятся остовом крупных кристаллов.
В сплавах эвтектического типа, в которых при охлаждении
сначала выпадают кристаллы избыточного компонента, а затем
кристаллизуется эвтектика, возникает неоднородность кристал-
лов сплава. Неоднородность состава внутри кристаллов носит
название внутрикристаллической ликвации. Если имеется раз-
ница в удельном весе компонентов, то при медленном охлаж-
дении более тяжелые кристаллы будут оседать.
Для получения мелкокристаллической структуры к некото-
рым сплавам применяют модифицирование — введение в жид-
кий сплав небольшого количества добавок, способствующих
измельчению структуры сплава.
Область твердого состояния сплавов. Области на диаграмме
состояния системы, лежащие ниже линии солидуса, соответству-
ют твердофазному состоянию сплавов при разных температурах
и концентрациях. При дальнейшем охлаждении сплавы могут
претерпевать изменения в твердом состоянии вследствие изме-
нения растворимости компонентов. Частичный или полный рас-
пад твердого раствора и другие нарушения в сплавах использу-
ются при их термической обработке.
24
Гл. 2. Товарная продукция из вторичного алюминия
Таким образом, с помощью диаграммы состояния можно
проследить за фазовыми превращениями при переходе из жид-
кого состояния в твердое, предсказать структуру сплава при
разных соотношениях компонентов и разных скоростях охлаж-
дения сплавов, выбрать температуру нагрева сплава при плавке
и термической обработке, а также оптимальный состав сплава.
Диаграмма состояния позволяет установить температурный ин-
тервал плавления сплавов различных концентраций и в соот-
ветствии с этим определить максимально допустимые темпера-
туры в процессе плавки и при разливе.
Изменения структуры сплава можно видеть на диаграмме
состояния сплавов, образующих твердые растворы, которая
приведена на рис. 2.3. Сплавы, находящиеся по содержанию
легирующего компонента левее точки N, представляют собой
после затвердевания гомогенный твердый раствор а. Прочность
таких сплавов выше прочности чистого алюминия, и она по-
вышается с увеличением содержания легирующего компонента.
Поскольку структура этих сплавов состоит из одной фазы —
одного твердого раствора, термообработка не повышает их проч-
ность, и ее можно увеличить лишь нагартовкой. Пластичность
таких сплавов ниже пластичности алюминия, но вполне доста-
точна для обработки их давлением в горячем и холодном со-
стояниях, а коррозионная стойкость высока вследствие их од-
нофазной структуры. Литейные свойства данных сплавов низ-
кие, и поэтому для литья их применяют крайне редко.
Рис. 2.3. Диаграмма со-
стояния сплавов, образу-
ющих твердые растворы.
2.1. Основы теории алюминиевых сплавов
25
При увеличении содержания легирующего компонента бо-
лее, чем предусмотрено в точке N, структура сплава переста-
ет быть однородной. Поскольку растворимость компонента в
алюминии изменяется по линии NS, ниже данной линии ра-
створ а окажется пересыщенным и выделится избыточная фаза
в виде мелких кристаллов легирующего компонента или его со-
единения. Характер избыточных фаз зависит от состава спла-
ва, но они всегда делают сплав более прочным и твердым, но
менее пластичным. Влияние этих вторичных кристаллов зави-
сит от их свойств, количества, формы и распределения по
объему сплава.
Если температура сплава, химический состав которого ле-
жит между точками N и S, будет выше линии NS, то он пред-
ставляет собой твердый однофазный раствор, который обла-
дает высокими пластическими свойствами и поэтому хорошо
поддается обработке деформацией в горячем состоянии. При
закалке сплава при температуре выше линии NS со скорос-
тью, большей, чем скорость выделения избыточной фазы,
последняя не успеет выделиться. В этом случае образуется тер-
модинамически нестабильный пересыщенный твердый раствор.
В дальнейшем даже при обычной температуре из него может
выделиться избыточная фаза в мелкодисперсном состоянии,
что во многих случаях повышает прочность сплава. Подобное
самопроизвольное выделение избыточных фаз называют ста-
рением.
Таким образом, вследствие высокой пластичности в горя-
чем состоянии и способности упрочняться путем закалки и ста-
рения сплавы этой группы широко применяют для изготовле-
ния изделий методом пластической деформации. Литейные свой-
ства указанных сплавов низкие и ухудшаются по мере прибли-
жения состава к точке N.
В точке S выделение вторичных кристаллов будет макси-
мальным и при дальнейшем увеличении содержания легирую-
щего компонента в сплаве, помимо кристаллов твердого ра-
створа а и избыточной фазы, появится эвтектика, состоящая
из кристаллов твердого раствора и легирующего компонента.
Пластичность таких сплавов снижается по мере увеличения со-
держания легирующего компонента, но поскольку литейные
26
Гл. 2. Товарная продукция из вторичного алюминия
свойства улучшаются, их применяют в качестве литейных спла-
вов. На сплавы эвтектического состава термообработка не вли-
яет, поэтому для улучшения их структуры, которая в алюми-
ниевых сплавах имеет вид грубых игольчатых кристаллов, при-
нимают особые меры, обеспечивающие повышение механичес-
ких свойств (модифицирование, регулирование скорости кри-
сталлизации и пр.).
Такова общая схема изменения свойств сплавов в зависимо-
сти от количества введенного в него легирующего компонента,
причем свойства сплава зависят от вида легирующего компонента.
Алюминий образует сплавы с большинством элементов, но
только некоторые из них играют роль основных легирующих
компонентов в промышленных алюминиевых сплавах. Тем не
менее значительное число элементов используют в качестве
добавок для улучшения свойств сплавов.
Бериллий, кремний, цинк, галлий, германий, олово и
ртуть образуют с алюминием простые системы эвтектического
типа. Кадмий, индий, таллий, свинец, висмут, натрий и ка-
лий (а также, вероятно, рубидий и цезий) только ограничен-
но растворимы в жидком алюминии в широком температур-
ном интервале выше температуры плавления. Поэтому они
создают простые монотектические системы, а в двойных сис-
темах с указанными выше элементами алюминий не дает ин-
терметаллических соединений.
Остальные металлические элементы, включая лантаниды и
актиниды, ограниченно растворимы в жидком алюминии и фор-
мируют более сложные двойные системы с одним или несколь-
кими интерметаллическими соединениями. Титан, ванадий, хром,
цирконий, ниобий, молибден, гафний и, по-видимому, тантал
и вольфрам образуют твердые растворы по перитектической
реакции с малой предельной растворимостью элемента в алю-
минии и интерметаллическими соединениями с алюминием.
Некоторые интерметаллические соединения, получающие-
ся при реакции алюминия с различными металлическими эле-
ментами, кристаллизуются конгруэнтно, т.е. без изменения хи-
мического состава. Однако в большинстве случаев ранее выпав-
шие кристаллы твердой фазы реагируют с обедненной жидко-
стью и образуют другой твердый раствор.
2.1. Основы теории алюминиевых сплавов 27
За исключением указанных выше частично растворимых
элементов, все остальные металлические элементы полностью
растворимы в жидком алюминии. Пределы растворимости эле-
ментов при температуре выше температуры плавления алюми-
ния весьма различны и составляют от сотых долей процента до
почти 100 % [5]. Кремний полностью растворим в жидком алю-
минии, бор имеет предельную растворимость около 0,02 % при
эвтектике. Углерод мало растворим в алюминии, и, по-видимо-
му, пределы его растворимости ниже, чем у бора. Кроме водо-
рода, обычные природные газы не растворяются в жидком алю-
минии, но легко образуют с ним соединения.
Ни один из известных элементов не растворяется полнос-
тью в твердом алюминии. Лучше всех растворимы цинк (до
66,4 %), серебро (23,8 %), магний (16,26 %), литий (13,9 %).
Максимальная растворимость галлия, германия, меди и крем-
ния менее 10, но более 1 %. Все остальные элементы раствори-
мы в меньшей степени [5]. Максимальная растворимость в твер-
дом алюминии достигается при эвтектической, перитектичес-
кой или монотектической температурах. С понижением темпе-
ратуры предел растворимости уменьшается, и это является од-
ним из факторов, обеспечивающих возможность значительного
повышения твердости и прочности сплава посредством термо-
обработки и последующего старения.
При введении в алюминий двух легирующих компонентов
возможны следующие случаи:
— оба компонента соединяются с алюминием, но не со-
единяются между собой (Си, Fe, Mg, Мп, Ni, Со, Cr, Ag и
др.). Если в сплаве они содержатся в количествах, превышаю-
щих предел растворимости в твердом растворе, то наблюдается
выделение алюминоидов (CuA12, FeAlj, NiAl и др.);
— только один компонент образует с алюминием химичес-
кое соединение, а другой не соединяется ни с алюминием, ни
с другим компонентом (Си, Fe, Мп — с одной стороны и Si —
с другой). Поэтому в этих сплавах имеются алюминоиды тяже-
лых металлов и кремний;
— один компонент образует с алюминием химическое со-
единение, а другой соединяется с первым компонентом, но не
соединяется с алюминием (с одной стороны, Си, Fe, Мп и др.,
28
Гл. 2. Товарная продукция из вторичного алюминия
с другой — Zn, Sn). В сплавах с содержанием алюминия более
75 % возникают алюминиды меди и железа, а цинк и олово (если
их содержание в сплаве превышает предел растворимости в твер-
дом состоянии) остаются в сплаве в виде элементов;
— оба компонента образуют соединения между собой, но
не соединяются с алюминием, например Mg2Si, MgZn2, MgZn5;
— оба компонента и алюминий создают тройное химичес-
кое соединение, например CuMgAl3, CuMg5Al5, CuNiAl,
Cu2FeAl7, Mg3Zn3Al2 и др.
В алюминиевых сплавах, состоящих из трех и более легиру-
ющих компонентов, могут иметь место более сложные химичес-
кие соединения (CuFeSiAl, CuMg5Si4Al4, FeMg3Si6Al3,
Cu8Zn12Mg16Al3 и др.). В твердом алюминиевом сплаве тройные
и четверные химические соединения находятся в небольших ко-
личествах.
Химические соединения в сплавах являются самостоятельны-
ми компонентами, обладающими особыми свойствами, иногда
сильно отличающимися от свойств элементов, из которых состоят.
Химические соединения в алюминиевых сплавах, как правило,
представляют собой хрупкие и твердые вещества, повышающие
прочность и твердость сплава и снижающие его пластичность.
2.2. Влияние легирующих элементов на свойства сплава
При наличии свыше 100 легирующих элементов, исключая очень
редкие или сильнотоксичные, возможны миллионы комбинаций
составов сплавов. Практически же эти возможности сильно ог-
раничены, так как легирующие элементы вводят в сплав в ос-
новном для повышения его прочности, хотя очень важно улуч-
шить и другие свойства (рис. 2.4).
Легирующие компоненты влияют на свойства алюминиевых
сплавов в трех направлениях:
— образование твердого раствора, сохраняющегося при
нормальной температуре;
— формирование избыточных фаз, различных по количе-
ству, форме и распределению; е? м
— получение эвтектики. v ... л х:
2.2. Влияние легирующих элементов на свойства сплава
29
1 — упрочняющийся при старении; 2 — литейный; 3 — термически неуп-
..... рочняемый.
В связи с изложенным основные легирующие элементы по
характеру влияния на свойства алюминиевых сплавов можно
разделить на три группы.
1. Си, Si, Mg и Zn растворяются в алюминии в большом
количестве и образуют эвтектики с высоким содержанием ле-
гирующего компонента. Поэтому их можно вводить в сплавы в
больших количествах (Си, Mg и Zn до 15 % каждого, a Si —
до 20 % и более). Данные элементы резко влияют на свойства
сплавов.
2. Мп, Ni, Сг, Со в твердом алюминии почти не растворя-
ются и образуют с ним ряд химических соединений, которые в
небольшой степени упрочняют сплав. Сюда относят также же-
лезо, которое является вредной примесью для большинства
30
Гл. 2. Товарная продукция из вторичного алюминия
сплавов, но в некоторые сплавы его специально вводят для
повышения жаропрочности. Указанные элементы вводят в спла-
вы в количестве не более 1—3 %.
3. Ti, Na, Се, В и некоторые другие элементы сами по себе
заметно не изменяют свойства сплавов, но часто существенно
улучшают свойства сплавов алюминия с другими компонентами.
Как указано выше, только у девяти элементов максималь-
ная растворимость в твердом сплаве более 1 %, и она существен-
но уменьшается при снижении температуры. Из этих элементов
Ag, Ga и Ge — дорогостоящие металлы, а литий находит огра-
ниченное применение в сплавах пониженной плотности. Осталь-
ные пять элементов (Zn, Mg, Си, Мп, Si) составляют основу
промышленных алюминиевых сплавов и используются в различ-
ных сочетаниях, что наглядно показано на рис. 2.4.
Рассмотрим основные свойства наиболее важных легирую-
щих элементов и примесей (в алфавитном порядке). Более под-
робные сведения приведены в [5].
Бериллий (Be) в небольшом количестве (0,01—0,05 %) при-
меняют в литейных сплавах для улучшения жидкотекучести и
литейных свойств при производстве поршней и головок цилин-
дров двигателей. В модифицированных сплавах он способствует
сохранению натрия как модификатора и не влияет на коррози-
онную стойкость алюминия. Интоксикация обслуживающего пер-
сонала бериллием проявляется в виде аллергии, степень которой
зависит от интенсивности и длительности контакта с ним; вды-
хание пыли, содержащей частицы бериллия, может привести к
острому отравлению. Бериллий не вводят в сплавы, используе-
мые в контакте с пищевыми продуктами и напитками.
Бор (В) применяют в качестве рафинирующей добавки для
повышения электропроводности алюминия, так как он образу-
ет соединения с V, Ti, Сг и Мо (которые снижают электро-
проводность). Бор в количестве до 0,1 % используют как рафи-
нирующую добавку при кристаллизации, но его действие эф-
фективнее при совместном введении с титаном, которого дол-
жно быть в 5 раз больше бора.
Водород (Н). Растворимость водорода в жидком алюминии при
температуре плавления выше, чем в твердом состоянии. Более
подробные сведения о влиянии водорода приведены в гл. 6.
2.2. Влияние легирующих элементов на свойства сплава
31
Железо (Fe) — самая типичная примесь, имеет высокую
растворимость в жидком алюминии. Растворимость Fe в твер-
дом алюминии очень мала (около 0,04 %), и если его содержа-
ние в сплаве превышает данное значение, то железо присут-
ствует в сплаве в виде интерметаллических соединений с алю-
минием, а частО|И с другими металлами. Железо используют в
электротехнических сплавах для повышения прочности прово-
локи. Присутствие его в силуминах нежелательно, поскольку он
способствует образованию грубых фаз, снижающих пластичность.
Железо уменьшает размер зерна в деформируемых полуфабри-
катах, и его добавляют в сплавы системы Al—Си—Ni для уве-
личения прочности при повышенных температурах.
Кадмий (Cd) — сравнительно легкоплавкий элемент, кото-
рый находит ограниченное применение в производстве алюми-
ниевых сплавов. В количестве до 0,3 % его вводят в систему А1—
Си в целях ускорения процесса старения, повышения прочно-
сти и улучшения коррозионных свойств. Для улучшения обра-
ботки резанием добавляют в сплавы системы Al—Zn—Mg в
количестве до 0,1 %. Соединения кадмия высокотоксичны, и
даже пары его при плавке, литье и обработке флюсами пред-
ставляют опасность.
Кальций (Са) — в системах Al—Mg—Si уменьшает эффект
старения, а в сплавах Al—Si увеличивает прочность.
Кремний (Si) — наиболее частая добавка в литейных спла-
вах, а в деформируемых сплавах его применяют вместе с магни-
ем в количестве до 1,5 % для образования фазы Mg2Si. Кремний
в количестве до 0,5—4,0 % уменьшает склонность к трещинооб-
разованию в сплавах системы Al—Си—Mg. Ряд литейных сплавов,
содержащих кремний с медью и/или магнием, находит широкое
промышленное применение. Механические свойства литейных
сплавов системы Al—Si улучшаются при модифицировании пу-
тем добавки натрия в эвтектические и заэвтектические сплавы и
фосфора — в заэвтектические. Содержащие около 5 % кремния
сплавы при анодном оксидировании окрашиваются в черный цвет
и используются в декоративных целях.
Магний (Mg) является основным легирующим элементом
во многих сплавах. Его максимальная растворимость в твердом
алюминии составляет 17,4 %, но в промышленных деформи-
32
Гл. 2. Товарная продукция из вторичного алюминия
руемых сплавах его концентрация не превышает 5,5 %. Литей-
ные сплавы содержат от 4 до 10 % Mg. Добавка магния значи-
тельно повышает прочность алюминия без заметного сниже-
ния пластичности. Небольшие добавки магния к сплавам сис-
темы Al—Si делают их термически упрочняемыми и повыша-
ют прочность без снижения коррозионной стойкости. Сплавы
Al—Mg обладают высокой коррозионной стойкостью и хоро-
шо свариваются.
Добавка марганца в количестве до 0,75 % в литейные спла-
вы системы Al—Mg повышает твердость, снижает пластич-
ность и почти не влияет на коррозионную стойкость. Дефор-
мируемые сплавы этой системы в нагартованном состоянии
имеют высокую прочность и коррозионную стойкость и хо-
рошо свариваются. Основное преимущество добавок марган-
ца в более однородном распределении по объему магниевой
фазы; кроме того, при наличии марганца требуется меньшее
содержание магния.
Некоторые деформируемые сплавы имеют до 1,5 % Mg и Si
’ в соотношении, соответствующем формуле Mg2Si, т.е. 1,73 : 1,0.
Присутствие Mg2Si упрочняет сплав при старении за счет мел-
51' кодисперсных выделений.
Марганец (Мп) увеличивает прочность сплава посредством
J упрочнения твердого раствора либо путем образования мелко-
дисперсных интерметаллических фаз без снижения коррозион-
ной стойкости. При содержании до 1,25 % в целой группе спла-
вов марганец является одним из основных легирующих элемен-
тов, где он присутствует один или вместе с магнием. Эти спла-
вы используются в больших количествах при изготовлении тары
для напитков. Даже в сильно нагартованном виде из них изго-
тавливают консервные банки.
Медь (Си). Сплавы системы А1—Си, имеющие в своем со-
ставе от 2 до 10 % Си, в сочетании с другими добавками обра-
зуют важное семейство сплавов. И литейные, и деформируемые
сплавы такой системы восприимчивы к закалке и последующе-
му старению, причем их твердость и прочность возрастают, а
относительное удлинение снижается. Свойства сплавов этой
системы изучены хорошо, но практическое применение нашли
только несколько двойных А1—Си-сплавов.
2.2. Влияние легирующих элементов на свойства сплава
33
Введение магния в сплавы А1—Си приводит к значительно-
му эффекту упрочнения в результате старения после закалки. У
ряда деформируемых сплавов данной группы повышение проч-
ности при старении сочетается с высокой пластичностью. До-
бавка магния в литейные сплавы системы А1—Си также повы-
шает прочность, но снижает пластичность. Как в литейных, так
и в деформируемых сплавах этой группы небольшое содержа-
ние магния (0,05 %) эффективно влияет на процесс старения.
Введение небольших добавок (Мп, Ti, V, Zr) в деформи-
руемые сплавы системы А1—Си повышает температуру рекрис-
таллизации. Такие сплавы сохраняют высокие свойства при по-
вышенных температурах, имеют хорошие технологические, ли-
тейные и сварочные характеристики.
Никель (Ni). Двойные сплавы Al—Ni не имеют промышлен-
ного применения, но никель вводят в сплавы А1—Си и Al—Si для
повышения твердости и прочности при повышенных температу-
рах и для уменьшения коэффициента линейного расширения.
Титан (Ti). Основное назначение титана в алюминиевых
сплавах — уменьшение зерна в отливках и слитках. Эффект
модифицирования усиливается при совместном введении тита-
на с бором.
Хром (Сг) используют как легирующую добавку в сплавах
Al—Mg, Al—Mg—Si и Al—Mg—Zn, где его содержание не пре-
вышает 0,35 %. Он имеет малую скорость диффузии и образует
мелкодисперсные выделения в деформируемых полуфабрикатах,
которые препятствуют зарождению и росту зерен при рекрис-
таллизации. В сплаве хром придает анодной пленке золотистый
оттенок.
Цинк (Zn). Сплавы Al—Zn известны уже много лет, но го-
рячеломкость литейных сплавов ограничила их применение. У де-
формируемых сплавов этой системы имеет место некоторое по-
вышение прочности в термообработанном состоянии. Однако
сплавы Al —Zn, легированные добавками других элементов,
обладают большими преимуществами по прочности в литом со-
стоянии и наивысшей прочностью среди деформируемых алю-
миниевых сплавов; в настоящее время расширяется промышлен-
ное применение литейных и деформируемых сплавов с цинком
и магнием.
3 Заказ № 215
34
Гл. 2. Товарная продукция из вторичного алюминия
Введение магния в сплавы Al—Zn значительно повышает
прочность системы, особенно при концентрации цинка от 3 до
7,5 %. Магний и цинк образуют фазу MgZn2, которая эффективно
влияет на способность сплавов подвергаться упрочняющей тер-
мообработке. Литейные сплавы Al—Zn— Mg по своим характе-
ристикам хуже, чем сплавы Al—Si, их прочностные свойства до-
статочно высоки, и некоторые из этих сплавов нашли промыш-
ленное применение. Прочность деформируемых А1—Zn-сплавов
при легировании магнием также значительно возрастает. Повы-
шение концентрации MgZn2 с 0,5 до 12 % способствует непре-
рывному росту пределов прочности и текучести сплавов после
их закалки.
Цирконий (Zr) используется в количестве 0,1—0,3 % для
образования мелкодисперсных выделений интерметалличес-
ких фаз, повышающих температуру рекристаллизации. Добав-
ки циркония для измельчения зерна менее эффективны,
чем титан.
2.3. Литейные сплавы н
Производство литейных алюминиевых сплавов в России ведет-
ся согласно межгосударственному стандарту ГОСТ 1583—93
“Сплавы алюминиевые литейные. Технические условия”, в ко-
тором приведены применяемые в странах СНГ обозначения ма-
рок сплавов. Однако в технической литературе часто даются
ссылки на американские стандарты, поэтому представляет прак-
тический интерес вкратце ознакомиться с принятыми там обо-
значениями.
В США литейные алюминиевые сплавы в отличие от де-
формируемых не имеют единой системы обозначений. Наи-
более распространена трехзначная система обозначений Алю-
миниевой Ассоциации (АА), которая еще в 1954 г. принята и
утверждена Американской Ассоциацией Стандартов (American
Standard association — ASA). В других системах обозначений ис-
пользуются маркировки, присваиваемые разработчиками спла-
вов и др. В общегосударственных и оборонных спецификаци-
2.3. Литейные сплавы
35
ях для алюминиевых литейных сплавов используется система
обозначений ДА. В этой системе первая цифра указывает ос-
новной легирующий элемент:
Серия Основная система сплавов
1ХХ >99% А1
2ХХ А1—Си
ЗХХ Al-Si-Mg,
Al—Si—Си,
Al—Si—Си—Mg
4ХХ Al-Si - - — - • • •—
5ХХ >1 Al—Mg i
• “—Г’ 7ХХ Al—Zn . Г;
- - --- 8ХХ ч • Al—Sn —
/J г дал
Промышленных литейных сплавов серий 6ХХ и 9ХХ пока
не существует. В маркировках, принятых ДА, обозначение ХХХ.О
используется для отливок, а XXX. 1 и ХХХ.2 — для чушек.
В ГОСТ 1583—93 все литейные сплавы разбиты на пять групп:
I — на основе системы Al—Si—Mg; II — системы Al—Si—Си;
III — системы Al—Си; IV — системы Al—Mg и V — системы
Al — прочие компоненты. В этом же ГОСТе для каждой марки
сплава указаны требования для чушек и отливок, но посколь-
ку в данном учебном пособии рассматриваются вопросы про-
изводства сплавов, в дальнейшем приводятся данные только для
чушек.
В табл. 2.1—2.5 представлен химический состав сплавов, от-
несенных к каждой из пяти групп. Содержание алюминия не
указывается, так как он составляет основу сплава, а концент-
рация железа дается только для сплава, предназначенного для
литья в кокиль. В графе “марка” в скобках приводятся прежние
названия марок сплавов, если они отличаются от предусмот-
ренных этим ГОСТом.
Сплавы, в которых кремний является основным легирую-
щим элементом, составляют важнейшую группу промышлен-
ных литейных сплавов (силумины), которые обладают прекрас-
ными литейными свойствами по сравнению с другими сплава-
ми. При содержании Si выше 10—12% они имеют хорошую
коррозионную стойкость и свариваемость при малой плотности.
36
Гл. 2. Товарная продукция из вторичного алюминия
У сплавов с концентрацией кремния 5—9 % несколько меньшая
прочность, но они обладают высокой пластичностью и герме-
тичностью. Сплавы с пониженным содержанием кремния при-
меняются при литье в кокиль. Сплавы системы Al—Si, упроч-
няемые выделениями Mg2Si, образуют еще одну группу спла-
вов, которые при содержании кремния около 7 % и магния 0,3—
0,5 % имеют прекрасные литейные и прочностные свойства.
Группа I. Сплавы
Марка Массовая доля основных компонентов, %
Mg Si Мп Си Ti Другие
АК12 (АЛ2) 10-13 — — — —
АК13 0,01—0,20 11,0-13,5 0,01-0,50 — — —
АК9 0,25-0,45 8-11 0,2-0,5 — — —
АК9с 0,20-0,35 8,0-10,5 (Г,2-0,5 — — —
АК9ч (АЛ4) 0,20-0,35 8,0-10,5 0,2-0,5 — — —
АК9пч (АЛ 4—1) 0,25-0,35 9,0-10,5 0,20-0,35 — 0,08-0,15 —
АК8п (АЛ34) 0,40-0,60 6,5-8,5 — — 0,10 Be 0,15-0,40
АК7 0,20-0,55 6,0-8,0 0,20-0,60 — — —
АК7ч (АЛ9) 0,25-0,45 6,0-8,0 — — — —
АК7пч (АЛ9-1) 0,25-0,45 7,0-8,0 0,08 —
АК (ЮСу) 0,15-0,55 9-11 0,30-0,60 — — Sb 0,10-0,25
2.3. Литейные сплавы
37
Сплавы, модифицированные магнием при концентрации
кремния около 9 %, предназначаются для литья под давлени-
ем. Заэвтектические сплавы Al—Si с содержанием кремния
более 12 % обладают хорошими литейными свойствами, повы-
шенной износостойкостью, небольшим коэффициентом линей-
ного расширения и в течение длительного времени использу-
ются в Европе для изготовления поршней двигателей внутрен-
: r'-v-'.-1’* Таблица 2.1 системы Al—Si—Mg i л
Массовая доля примесей, не более, %
Fe Мп Си Zn Ni Pb Sn Другие I
0,7 0,50 0,6 0,30 Mg 0,10 Ti 0,10 — Zr 0,10 2,10
о,9 — 0,1 0,15 -— Ti 0,20 — — 1,35
0,8 — 1,0 0,50 0,30 — — — 2,40
0,7 — 0,5 0,30 0,10 0,05 0,010 — 1,35
0,5 Zr + Ti 0,12 0,3 0,30 0,10 0,03 0,008 Be 0,10 1,10
0,3 В 0,10 0,1 0,30 Be 0,10 0,03 0,005 Zr 0,15 0,60
0,5 0,10 0,3 0,30 — В 0,10 Zr 0,200 — 0,90
1,0 — 1,5 0,50 0,30 — — — 3,00
0,5 0,50 0,2 0,30 Zr + Ti 0,15 0,05 0,010 Be 0,10 1,00
0,4 0,10 0,1 0,20 В 0,10 0,03 0,005 Be 0,10 0,70
— — 1,8 1,80 0,50 — — — —
38
Гл. 2. Товарная продукция из вторичного алюминия
.-04' Группа II. Сплавы
Марка Массовая доля основных компонентов, %
Mg Si Мп Си Ti Ni
АК5М (АЛ5) 0,40-0,65 4,5-5,5 — 1,0-1,5 — —
АК5Мч (АЛ5-1) 0,45-0,60 4,5-5,5 — 1,0-1,5 0,08-0,15 —
АК5М2 0,20-0,85 4,0-6,0 0,2-0,8 1,5-3,5 0,05-0,20 —
> АК5М7 0,30-0,60 4,5-6,5 — 6,0-8,0 —
АК6М2 0,35-0,50 5,5-6,5 — 1,8-2,3 0,10-0,20 —
АК8М (АЛ32) 0,35-0,55 7,5-9,0 0,3-0,5 1,0-1,5 0,10-0,30 —
АК5М4 0,25-0,55 3,5-6,0 0,2-0,6 3,0-5,0 0,05-0,20 —
АК8МЗ — 7,5-10,0 — 2,0-4,5 — —
АК8МЗч (ВАЛ8) 0,25-0,50 7,0-8,5 Zn 0,5-1,0 2,5-3,5 0,10-0,25 в 0,005-0,100
АК9М2 0,25-0,85 7,5-10,0 0,1-0,4 0,5-2,0 0,05-0,20 —
АК12М2 — 11,0-13,0 — 1,8-2,5 Fe 0,6-0,9 —
АК12ММгН (АЛЗО) 0,85-1,35 11,0-13,0 — 0,8-1,5 — 0,8-1,3
АК12М2МгН (АЛ25) 0,85-1,35 11,0-13,0 0,3-0,6 1,5-3,0 0,05-0,20 0,8-1,3
АК21М2,5Н2,5 (ВКЖЛС-2) 0,30-0,60 20,0-22,0 0,2-0,4 2,2-3,0 0,1-0,3 2,2-2,8 Cr 0,2-0,4
i ГН** ' ' ' 1 : 1 1 - 1 ‘ -Л '
2.3. Литейные сплавы ц.39
* • . .. j. t s Тзблицз 2.2
системы Al—Si—Си
Массовая доля примесей, не более, %
Fe Мп Си Zn Ni Pb Sn Si L
0,6 0,50 — 0,30 Zr + Ti 0,15 — 0,01 Be 0,1 0,9
0,4 0,10 — 0,30 Zr 0,15 в 0,10 0,01 — 0,7
1,0 — — 1,50 0,50 — — — 2,8
1,1 0,50 — 0,60 Pb + Sn + Sb 0,30 — — — 2,6
0,5 0,10 — 0,06 0,05 — — — 0,7
0,6 — — 0,30 — — — Zr 0,1 0,8
1,0 — — 1,50 0,50 — — — 2,8
0,4 0,50 Mg 0,45 1,20 0,50 Pb + Sn 0,30 — — —
0,4 Be 0,05-0,25 Cd 0,15 — Zr 0,15 — — — — 0,6
0,9 — — 1,20 0,50 Pb+Sn 0,15 — Cr 0,1 2,5
— 0,50 Mg 0,20 0,80 0,30 0,15 0,10 Ti 0,2 —
0,6 0,20 — 0,20 Cr 0,20 0,05 0,01 Ti 0,2 1,0
0,7 Сг 0,20 — 0,50 — 0,10 0,02 — 1,2
0,5 — — 0,20 0,05 0,01 — 0,7
; ь к
40
Гл. 2. Товарная продукция из вторичного алюминия
ОД
Группа III. Сплавы системы Al—Си
Массовая доля, %
и 2 ' 0,5
сл 0,3 0,2
я сл 1 1
§ £ Zr 0,2 Zr 0,2
X Z 0,1 1 1
о I Zn 0,2 o'
Си 1 1
Мп о Mg I 0,05 1
4) и. 0,15 о,ю
Z 1 Cd 0,07-0,25
! § н 0,15-0,35 0,15-0,35
с S о * S 1 я Си 4,5-5,3 4,5-5,1
8 Мп 0,50-1,00 I 0,35—0,80
сл 1 1
Mg 1 1
Марка АМ5 (АЛ 19) (oiirvg) 1
него сгорания. При литье под давле-
нием заэвтектических силуминов
рафинирование необязательно, по-
скольку благодаря быстрому затвер-
деванию создается мелкозернистая
структура. Для улучшения условий
обработки этих сплавов резанием
необходимо применять меры по ре-
гулированию размера частиц, т.е. ра-
финирование.
Сплавы системы Al—Si—Си об-
ладают хорошими литейными свой-
ствами, а добавки меди повышают их
прочность и улучшают обрабатывае-
мость резанием. Сплавы с содержа-
нием Si до 8 % и Си до 3,5 % пред-
назначаются в основном для литья
под давлением, и отливки из них,
как правило, не подвергают терми-
ческой обработке.
Ряд сплавов системы Al—Si ле-
гирован одновременно и магнием, и
медью, что позволяет путем терми-
ческой обработки значительно улуч-
шить свойства по сравнению со
сплавами, содержащими только од-
ну из указанных добавок, однако
при этом несколько снижаются
пластичность и коррозионная стой-
кость. Эти сплавы используют для
изготовления корпусов компрессо-
ров, роторов и крыльчаток вентиля-
торов, а также корпусов и поршней
в двигателестроении. Такие сплавы
имеют повышенную жаропрочность
и хорошую износостойкость в соче-
тании с низким коэффициентом
линейного расширения.
2.3. Литейные сплавы
41
Добавки меди к алюминию позволяют повысить механичес-
кие свойства сплава в сочетании с низкой плотностью и пре-
красными литейными характеристиками. Однако у этой группы
сплавов довольно ограниченное применение, так как можно
получить аналогичные свойства у других сплавов с меньшей
плотностью. Следует иметь в виду, что сплавы данной системы
обладают пониженной жидкотекучестью по сравнению со спла-
вами на основе кремния, но сохраняют прочность при повы-
шенных и очень низких температурах, вплоть до —196 °C [5]. Вы-
пускаемые в России сплавы находятся на уровне продукции,
изготавливаемой в развитых странах, а часть из них успешно
экспортируется.
В указанную группу входят сплавы, для которых характер-
ны высокая коррозионная стойкость, хорошая обрабатываемость
резанием и привлекательный внешний вид после анодирования.
В связи с повышенной окисляемостью плавку и разливку этих
сплавов следует вести в контролируемых условиях. Сплавы с
содержанием Mg до 4 % обычно отливают в песчаные формы.
Литейные свойства данной группы сплавов обычно улучшают
введением добавок Zn или Si. В этом случае такие сплавы могут
быть использованы при литье в кокиль.
Прекрасным сочетанием прочности, пластичности и удар-
ной вязкости обладают сплавы с содержанием магния до 10 %,
однако для обеспечения высоких прочностных свойств нужны
мелкозернистая структура и практически полная очистка от
водорода и натрия.
У сплавов этой системы не только привлекательные свой-
ства, но и некоторые трудности при литье. Они имеют высо-
кую температуру плавления, что позволяет применять их в уз-
лах, требующих пайки. При старении прочность их заметно по-
вышается, что особенно характерно для сплавов системы А1—
Zn—Mg. Уже по истечении нескольких недель вылеживания при
комнатной температуре прочность резко возрастает, а затем
скорость изменения прочностных свойств падает.
Нами рассмотрен химический состав всех литейных спла-
вов, используемых в странах СНГ. Причем надо иметь в виду,
что значительное количество данных сплавов не может быть
приготовлено из-за отсутствия чистого сырья, так как во мно-
42
Гл. 2. Товарная продукция из вторичного алюминия
Группа IV. Сплавы
Марка Массовая доля основных компонентов, %
Mg Si Mn Cu Ti Ni
АМг4К1,5М 4,5-5,2 1,30-1,70 0,60-0,90 0,7-1,0 0,10-0,25 Be 0,002-0,004
АМг5К (АЛ 13) 4,5-5,5 0,80-1,30 0,10-0,40 — — —
АМг5Мц (АЛ28) 4,8-6,3 — 0,40-1,00 — 0,05-0,15 —
АМгбл (АЛ23) 6,0-7,0 Zr 0,05-0,20 Be 0,02-0,10 — 0,05-0,15 —
АМгблч (АЛ23-1) 6,0-7,0 Zr 0,05-0,20 Be 0,02-0,10 — 0,05-0,15 —
АМгЮ (АЛ27) 9,5-10,0 Zr 0,05-0,20 Be 0,05-0,15 — 0,05-0,15 —
АМгЮч (АЛ27-1) 9,5-10,5 Zr 0,05-0,20 Be 0,05-0,15 __ 0,05-0,15 —
АМг11 (АЛ22) 10,5-13,0 0,80-1,20 — — 0,05-0,15 Be 0,03-0,70
АМг7 (АЛ29) 6,0-8,0 0,50-1,00 0,25-0,60 — — —
Группа V. Сплавы
Марка Массовая доля основных компонентов, %
Mg Si Mn Си Ti Ni
АК7Ц9 (АЛ11) 0,15-0,35 6,0-8,0 Zn 7,0-12,0 — — —
АК9Ц6 (АК9Цбр) 0,35-0,55 8,0-10,0 0,1-0,6 0,3-1,5 Zn 5,0-7,0 Fe 0,3-1,0
АЦ4Мг (АЛ24) 1,55-2,05 — 0,2-0,5 Zn 3,5-4,5 0,1-0,2 —
2.3. Литейные сплавы
43
*' Таблица 2.4 системы Al - Мд
Массовая доля примесей, не более, %
Fe Mg Си Zn Ni Pb Sn Si 2
0,30 — — 0,100 — — — 0,1
0,40 — 0,10 0,200 Zr 0,15 — — — 0,5
0,25 — 0,30 — Zr 0,10 — — 0,30 0,4
0,20 0,3 0,15 0,100 — — — 0,20 0,5
0,05 0,1 0,05 0,050 — — — 0,05 0,2
— 0,2 0,15 0,100 — __ — 0,20 0,5
0,05 0,1 0,05 0,005 — — — 0,05 0,2
0,90 — — 0,100 — — — — 1,0
— — 0,1 0,20 Be 0,01 — — — —
Таблица 2.5
системы AI — прочие компоненты
Массовая доля
примесей, не более, %
Fe Mg Си Zn Ni Pb Sn Si E
0,7 0,5 0,6 — — — — — 1,7
— — — — 0,3 +Sn o,3 — 0,6
— — 0,2 Be 0,1 Zr 0,1 — — 0,3 —
44
Гл. 2. Товарная продукция из вторичного алюминия
гих сплавах содержание примесей (особенно Fe и Si) весьма
жестко лимитировано и практически не может быть достигнуто
на заводах вторичного алюминия. Поэтому для производства
многих видов литейных сплавов, в первую очередь АК7ч, АК7пч,
АК5Мч, АК8МЗч, АМ4, 5Кд, АМгбл, АМгблч и некоторых
других, используется первичный алюминий и зачастую очень
высоких марок. Производство таких сплавов в массовом коли-
честве может быть организовано на заводах по производству
первичного алюминия, литейные отделения и аналитические
службы которых имеют достаточное для такого непростого про-
изводства оснащение. ?1 .
1 ‘ , 1 ...t
‘ '.Г1 . ' . * .“
! ‘ ! 00!.О кл < и <
2.4. Деформируемые сплавы
Деформируемые алюминиевые сплавы в России выпускаются в
соответствии с ГОСТ 4784—74. Кроме того, имеется ГОСТ 1131—
76, которым регламентируются требования к деформируемым
сплавам в виде чушек, используемых для подшихтовки при из-
готовлении алюминиевых сплавов. Эти ГОСТы регламентируют
химический состав деформируемых сплавов, которые изготав-
ливаются из первичного алюминия и вторичного алюминиево-
го сырья.
В мировой практике широкое распространение получила
разработанная американской алюминиевой ассоциацией четы-
рехзначная цифровая маркировка для обозначения деформиру-
емых алюминия и его сплавов. Первая цифра маркировки слу-
жит для обозначения группы и основного легирующего элемента
в этой группе сплавов:
‘Г ! к 1ХХХ i " > 99,0 % Al ; . - -ч
‘ 2ХХХ г I Си --Г-— •— -г —
ЗХХХ j _ Мп **
4ХХХ . . 1 ...к .... и... . -.ф
•• / 5ХХХ .. 1. : ! Mg ... .... ! liS-
6ХХХ i Mg и Si v >- f
7ХХХ .. Zn .. .
8ХХХ Элемен ры, не указанные выше
9ХХХ Не используется
2.4. Деформируемые сплавы
45
В ГОСТ 4784—74 изложены требования к химическому со-
ставу алюминия высокой и технической чистоты, предназначен-
ного для производства деформируемых изделий. Они практически
не отличаются от требований ГОСТ 11069—74, который регла-
ментирует химический состав первичного алюминия и здесь не
рассмотрен. Все сплавы, перечисленные в ГОСТ 4784—74, по
основному легирующему компоненту разбиты на пять групп в
соответствии с предъявленными к ним требованиями (табл. 2.6—
2.10). В графе “марка” представлены буквенные и цифровые (там,
где они есть) обозначения. Содержание алюминия не приводит-
ся, так как он составляет основу сплавов. В графе “каждая при-
месь” указаны данные по каждой прочей примеси, не вошед-
шей в приведенный химический состав.
Сплавы I группы обладают хорошей коррозионной стойко-
стью, свариваемостью и применяются для производства резер-
вуаров и тары для упаковки напитков.
Сплавы, содержащие до 7 % Mg, образуют группу сплавов
твердых растворов. С увеличением концентрации магния проч-
ность сплава растет. Сплавы, имеющие в своем составе 1—5 %
магния, используются как конструкционные сплавы в транспор-
те, строительных конструкциях, во многих областях военной
техники, а в последнее время и в автостроении для производ-
ства блестящих деталей отделки автомобилей. Для увеличения
прочности и других характеристик в большинство сплавов А1—
Mg вводят добавки Сг, Мп и Ti (порознь или совместно), при-
чем суммарное содержание этих добавок находится в пределах
0,25-1,0%.
Третья группа сплавов относится к термически упрочняе-
мым сплавам в связи с образованием фазы Mg2Si, при этом
кремний может находиться в избытке, что существенно повы-
шает прочность. В состав многих сплавов входят Си, Мп либо
Сг, которые вводят для повышения прочности и модифициро-
вания. Из этих сплавов в больших объемах производят листы,
холоднотянутые прессованные трубы, прессованные профили,
проволоку, прутки, заклепки, штамповки и поковки.
Сплавы алюминия с медью (в пределах образования твер-
дых растворов) и магнием с небольшими количествами марган-
ца, называемые дюралюминами, отличаются большой проч-
« Группа 1. Сплавы системы AI—Мп Таблица 2.6
Марка Химический состав, %
Си Mg Мп Zn Fe Si Ni Ti Cr Be Каждая примесь
ММ (1403) 0,2 0,2-0,50 1,0-1,4 0,1 0,60 1,00 — 0,1 — — 0,05
АМц (1400) 0,1 0,20 1,0-1,6 0,1 0,70 0,60 — 0,2 — — 0,05
АМцС (1401) 0,1 0,05 1,0-1,4 о,1 0,25-0,45 0,15-0,35 — 0,1 — — 0,05
4 * Sv’ л 4., В Таблица 2.7
Группа II. Сплавы системы Al — Мд
Марка Химический состав, %
Си Mg Мп Zn Fe Si Ni Ti Cr Be Каждая примесь
Д12 (1521) 0,1 0,8-1,3 1,0-1,5 0,1 о,7 0,7 — 0,1 — — . 0,05
АМг1 (1510) о,1 0,7-1,6 0,2 — 0,1 0,1 — — — — 0,05
АМг2 (1520) 0,1 1,8-2,6 0,2-0,6 0,2 0,4 0,4 — 0,1 0,05 — 0,05
АМгЗС 0,1 2,7-3,6 0,3-0,6 0,2 0,5 0,5 — 0,2 0,25 0,0-0,005 0,05
АМгЗ (1530) 0,1 3,2-3,8 0,3-0,6 0,2 0,5 0,5-0,8 — 0,1 0,05 — 0,05
АМг4 (1540) 0,1 3,8-4,5 0,5-0,8 0,2 0,4 0,4 __ 0,02-0,10 0,05-0,25 0,0002—0,0050 0,05
АМг4,5 0,1 4,0-4,9 0,4-1,0 0,2 0,4 0,4 — 0,2 0,05-0,25 0,0-0,005 0,05
АМг5 (1550) 0,1 4,8-5,8 0,3-0,8 0,2 0,5 0,5 — 0,02—0,10 — 0,0002—0,0050 0,05
АМгб (1560) 0,1 5,8-6,8 0,5-0,8 0,2 0,4 0,4 .ь - 4 __ 0,02—0,10 1’ 0,0002—0,0050 0,05
- L4. i i , ; i- и 44 1 ' • 0’ — ‘Л V г -4 . 4т ' Т а б л и ц а 2.8
Гл. 2. Товарная продукция из вторичного алюминия 2.4. Деформируемые сплавы нк
Группа III. Сплавы системы Al-Mg-Si____________________________
Марка Химический состав, %
Си Mg Мп Zn Fe Si Ni Ti Cr Be Каждая примесь
АД (1310) 0,10 0,40-0,90 0,10 0,2 0,5 0,3-0,7 —- 0,15 — — 0,05
АДЗЗ (1330) 0,15-0,40 0,80-1,20 0,15 0,2 0,7 0,4-0,8 — 0,15 0,15-0,35 — 0,05
АВ (1340) 0,10-0,50 0,45-0,90 0,15-0,35 0,2 0,5 0,5-1,2 — 0,15 0,25 — 0,05
АД35 (1350) 0,10 0,80-1,40 0,50-0,90 0,2 0,5 0,8-1,2 — 0,15 — 0,05
Таблица 2.9
Группа IV. Сплавы системы Al—Си—Мд
Марка Химический состав, %
Си Mg Мп Zn Fe Si Ni Ti Cr Zr Каждая примесь
Д1 (НЮ) 3,8-4,8 0,40-0,80 0,4-0,8 0,3 0,7 0,70 0,1 0,10 — __ 0,05
Д16 (1160) 3,8—4,9 1,20-1,80 0,3-0,9 0,3 0,5 0,50 0,1 0,10 — — 0,05
В65 (1165) 3,9-4,5 0,15-0,30 0,3-0,5 0,1 0,2 0,250 — 0,10 — — 0,05
Д18 (1180) 2,2-3,0 0,20-0,50 0,2 0,1 0,5 0,50 — 0,10 — — 0,05
АК6 (1360) 1,8-2,6 0,40-0,80 0,4-0,8 0,3 0,7 0,70-1,20 0,1 0,10 — 0,05
АК8 (1380) 3,9-4,8 0,40-0,80 0,4-1,0 0,3 0,7 0,60-1,20 0,1 0,10 — — 0,05
АК4 (1140) 1,9-2,5 1,40-1,80 0,2 0,3 0,8-1,3 0,50—1,20 0,8-1,3 0,10 — — 0,05
АК4-1 (1141) 1,9-2,7 1,20-1,80 0,2 0,3 0,8-1,4 0,35 0,9-1,4 0,02-0,10 0,1 — 0,05
Таблица 2.10
Группа V. Сплавы системы Al—Zn
Марка Химический состав, %
Си Mg Мп Zn Fe Si Ni Ti Сг Zr Каждая примесь
(1915) 0,1 1,3-1,8 0,2-0,6 3,4-4,0 0,4 0,3 — 0,10 0,08-0,20 0,15-0,22 0,05
(1925С) 0,1 0,8-1,4 0,0-0,5 4,3-5,5 0,4 0,4 — 0,01-0,10 0,10-0,30 0,00-0,02 0,05
(1925) 0,8 1,3-1,8 0,2-0,7 3,4-4,0 0,7 0,7 — 0,10 0,20 0,1-0,2 0,05
В95 (1950) 1,4-2,0 1,8—2,8 0,2-0,6 5,0-7,0 0,5 0,5 0,1 0,05 0,10-0,25 0,05
АЦпл (-) — — 0,025 0,9-1,3 0,3 0,3 — 0,15 — — 0,05
ь ' 5 • ? и
-л у Таблица 2.11
Гл. 2. Товарная продукция из вторичного алюминия i 2,4, Деформируемые сплавы
Состав сплавов, предназначенных для обработки давлением, %
Состав Легирующий компонент Примесь
Си Mg Мп Si Zn Fe Si Ni Zn Cr Zr Ti Каж- дая E
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
ВД1 2,0-5,0 0,4-1,6 0,3-0,8 с 1,0 1,0 0,2 0,7 — — +Cr +Zr 0,20 0,05 0,2
50
Гл. 2. Товарная продукция из вторичного алюминия
2.5. Другие виды алюминевых сплавов
51
Окончание табл. 2.11
0,2 0,2 0,2 СЧ^ о о 0,2 <а 2.12 Примесь, не более И CN сч сч о о" o'
0,05 0,05 1 0,05 0,05 абл hi Каждая 0,05 0,05 0,05
2 1 1 0,20 1 +Zr 0,20 +Zr 0,15 +Zr 0,15 Т
Р 0,20 0,10 0,15
<N 1 1 1 1 1 0,1
1 Zn 0,5 °’5 0,5
- 1 1 0,20 0,25 0,25 0,25 г? ; - / 0
Z 7 roj
о о" 0,3 О 1 1 ки, %
1 Мп °-
as о" 0,1 1 0,1 0,2 0,2 ш 3 \ 1
СЛ 0,7
00 I 0,8 0,8 1 1 1,5 1 ,, =
О U- 0,8 0,8
0,8 8‘0 1,0 С5 Оу О 1,0 ЫХ ДЛ!
Легирующий элемент, не более S 1 ।
1 1 1 1 0,8-2,0 2,0-6,5 Z О X м3 М ” ? 1 ?! ™ И и СО - ‘' СО X
0,35
сл I СЧ CN 1
un 1 1 0,8-2,2 1 1 # , -г' t f g, 7 : 5 ' = V ' ш °° о О Ш .! СО
О U- 7
Z 1 3 1
о,1-1,0 ! о,1-0,7 0,2-0,8 0,2-0,8 0,2-0,8 0,1-0,7 i Состав сш
Мп 2 0‘I 1
СП 0,1-1,0 0,2-0,7 1 00 о 0,6-2,6 оо 1 о^ 1,2-2,5 ' Я 1 5 о-Й
! Mg 2,6 1,8 1,0
Си 7,0 3,0 4,8
гч 2,5—5,0 2,5-3,5 1,2-2,6 О^ СП 1 О^ 1,0-3,0 <э ' <*Г' ' о 1 Ъ'I 4 7 - "'”-'7" ’'г 1 {
Марка новая ВД BAK4 BAK6
АВД1 АВД1-1 АКМ В95-1 В95-2 i АКЦМ ? 4 старая ВДч АК4ч АКбч
, -.-UU
ностью, приобретаемой в результате старения и закалки. Эти
материалы применяются при изготовлении многих деталей для
самолетов и других деформируемых полуфабрикатов.
В пятую группу входят высокопрочные сплавы систем А1—
Zn—Mg и Al—Zn—Mg—Си, которые нашли широкое приме-
нение в авиации, производстве деталей для различных назем-
ных транспортных конструкций. Сплавы системы Al—Zn—Mg—
Си обладают самой высокой прочностью при комнатной тем-
пературе.
Следует иметь в виду, что значительное количество дефор-
мируемых сплавов производится из первичного алюминия. Это
связано с жесткими требованиями по содержанию примесей,
особенно Fe и Si, удовлетворить которые при использовании лома
и отходов практически невозможно. Поэтому производство спла-
вов из вторичного алюминия (с повышенным содержанием крем-
ния и железа) ведут по ГОСТ 1131—76, в котором изложены
требования к сплавам в чушках, предназначенным для изготов-
ления слитков, обрабатываемых давлением, а также для подших-
товки при получении алюминиевых сплавов (табл. 2.11, 2.12).
2.5. Другие виды алюминиевых сплавов
Как было указано, основными видами алюминиевых сплавов
являются литейные и деформируемые сплавы, на производство
которых расходуется значительное количество первичного алю-
миния, а также лома и отходов. Но кроме этих сплавов изго-
тавливаются и другие виды, краткие сведения о которых при-
ведены ниже.
2.5.1. Алюминий для раскисления, производства ферросплавов
и алюмотермии. Алюминий, получаемый из вторичного сырья,
с высоким содержанием примесей, применяют также для рас-
кисления стали. Для производства ферросплавов используют
алюминий с содержанием олова не более 0,05 %. Химический
состав алюминия, применяемого для изготовления металличес-
кого хрома, ванадиевых, титановых, кобальтовых сплавов ме-
тодом алюмотермии, регламентируется ГОСТ 295—79, основные
положения которого приведены в табл. 2.13.
52
Гл. 2. Товарная продукция из вторичного алюминия
wii Таблица 2.13
Алюминий для раскисления, производства ферросплавов и
алюмотермии, %
Марка алюми- ния Алюминий + магний Примеси, не более
всего, не менее в том чис- ле магния, не более Си Zn Si Pb Sn Z
АВ 97 97 о,1 0,1 0,1 1 0,1 о,1 3
АВ 92 92 3,0 3,о 0,8 1 0,2 од 8
АВ91 91 3,0 3,0 0,8 3 о,з 0,2 9
АВ 88 88 3,0 3,5 3,0 4 0,3 0,2 12 :
АВ 86 86 3,0 4,0 3,5 5 0,3 0,2 14 •
Незадолго до образования СНГ институтами ВНИИПвтор-
цветмет и НИИМ были широко развернуты работы по произ-
водству ферроалюминия из низкокачественных алюминиевых
отходов — шлаков бесфлюсовой плавки и выгребов, образую-
щихся при производстве алюминиевого литья, которые долж-
ны были сократить расходы алюминия марок АВ на раскисле-
ние стали.
2.5.2. Антифрикционные сплавы. Антифрикционные свойства
сплава определяются его структурой, которая состоит из твер-
дых кристаллов, расположенных в основной мягкой массе сплава.
Большинство антифрикционных сплавов изготавливают на ос-
нове не только медных сплавов с высоким содержанием олова,
цинка и свинца, но и свинцовых сплавов (баббиты) со значи-
тельным содержанием сурьмы и олова. Алюминиевые сплавы так-
же можно получить со структурой, позволяющей использовать
их для выпуска подшипников. Для этой цели изготавливают
алюминиевые сплавы с кремнием, медью, никелем и железом,
в которых твердую составляющую образуют кремний и соеди-
нения CuA12, NiAl3 и FeAl3. Применяют также сплавы алюми-
ния с сурьмой и свинцом и алюминия с оловом. Химический
состав некоторых алюминиевых подшипниковых сплавов при-
веден в табл. 2.14 [4].
2.5.3. Алюмоцинковые сплавы для цинкования. Обычно для
производства оцинкованного листового железа применяют тех-
нический цинк. Но в последнее время рядом западных фирм
разработана технология покрытия листового железа сплавом
2.5. Другие виды алюминевых сплавов
53
“4 Таблица 2.14
Химический состав алюминиевых подшипниковых сплавов
Марка Массовая доля, %
Си Si Fe Ni Mg Мп Zn
AM 8 7,0-9,0 1,0 1,0 — о,з 0,3 0,3
АЛ18В 7,5-9,5 1,5-2,5 1,8 — 0,7 0,3-0,8 0,7
АН-2,5 — 1,0 1,0 2,3 — — —
АЖ-6 — — 5,0-6,0 — — — —
А9-2 2,0-2,5 2,0-2,5 — 0,8-1,0 — — —
алюминия с цинком. Такой сплав с высоким содержанием алю-
миния обладает сравнительно небольшой плотностью, хорошей
адгезией к железу и образует на его поверхности прочную, эла-
стичную пленку заметно меньшей толщины, чем цинк. Благо-
даря перечисленным качествам применение этого сплава очень
экономично.
На Новокузнецком алюминиевом заводе освоено производ-
ство алюмоцинкового сплава АЦ-55, в котором содержание Zn
находится в пределах 42,5—44,5 %, Si — 1,5—1,9%, а примеси
не должны превышать (%): Fe — 0,15; Си и Ti — по 0,02 и РЬ —
0,01. Понятно, что такой сплав можно изготавливать только из
первичного алюминия высоких марок вследствие жестких тре-
бований к содержанию железа в сплаве. На Череповецком ме-
таллургическом комбинате этот сплав использовался для про-
изводства оцинкованной листовой стали.
, - tv.;- . ‘ УУ""Уа - УУуЩ Ф"- '<= ' J t ' S p
Л v’ ,:У til ’ ШУМ .
'"'Л Ow Я iv 5АЙНЙ. f V • , r "-...J, J I s. I i. ' : ' ' : ' У W l'< M > > ') > 1 l>‘ » > . . ", < f, ”
ПЕРВИЧНАЯ ПЕРЕРАБОТКА ЛОМА
И ОТХОДОВ АЛЮМИНИЯ
Под первичной переработкой лома и отходов понимают приве-
дение их в состояние, пригодное для дальнейшей эффективной
металлургической переработки. Ее осуществляют на местах об-
разования лома, в цехах заготовительных организаций и в ших-
товых дворах металлургических заводов, производящих цветные
металлы и сплавы из вторичного сырья.
Тщательная и качественная подготовка лома и отходов алю-
миния к дальнейшему металлургическому переделу позволяет
иметь минимальные потери металла, снизить удельные расходы
энергоресурсов и флюсов, значительно улучшить качество про-
дукции и в конечном итоге повысить технико-экономические
показатели предприятия.
Амортизационный лом и засоренные отходы подвергают
первичной переработке, проведение которой предусматривает
следующие операции: сортировку, разделку, пакетирование
(брикетирование), дробление, измельчение, сушку и обезжири-
вание, обогащение в тяжелых средах, магнитную сепарацию и
другие виды обработки.
Глава 3
Видовая сортировка лома и отходов алюминия
Цель этой первичной операции переработки вторичного сырья —
разделить лом и отходы на однородные цветные металлы и
сплавы, а также удалить черные металлы и неметаллические
материалы. Видовую сортировку проводят главным образом вруч-
ную, и потому она является самой трудоемкой операцией по
переработке лома и отходов.
3.1. Сортировка по внешним признакам
55
Номенклатура сплавов алюминия постоянно увеличивается,
а для эффективной работы предприятия недопустимо смешивать
различные виды сырья, следовательно, каждый вид сырья необ-
ходимо складировать отдельно, что требует больших складских
емкостей. Если завод расположен в южных широтах, то большин-
ство поступающего сырья может храниться на открытых площад-
ках, оборудованных подъездными путями. Поэтому территория
даже сравнительно небольших заводов по производству вторич-
ного алюминия занимает десятки гектаров. Однако и в таких слу-
чаях некоторые виды продукции (шлаки) приходится хранить под
крышей. Ситуация значительно осложняется при расположении
завода в средних или северных широтах, в связи с чем на них
приходится строить большие складские помещения.
Поставки лома и отходов сопровождаются документацией,
из которой можно судить о химическом составе сырья. Однако
в ряде случаев такая информация отсутствует и поступающее
вторичное сырье приходится сортировать по видам, используя
различные критерии.
*
3.1. Сортировка по внешним признакам
Данный вид сортировки основан на том, что отдельные ком-
поненты вторичного сырья имеют различный цвет, маркиров-
ку, удельный вес, твердость, магнитные свойства и т.п. Поэто-
му из алюминиевого лома сравнительно несложно выделить
неалюминиевые детали, но рассортировать лом по группам спла-
вов очень сложно, так как сплавы внешне почти не отличают-
ся друг от друга и тогда приходится прибегать к физико-хими-
ческим методам анализа.
Литейные сплавы легко отличить от деформируемых по
внешним признакам. Если изделие либо деталь выполнены из
листа, трубы или профиля или поступили отходы от штампов-
ки из листа, то практически наверняка это деформируемый
сплав. Литые детали несложно отличить от кованых, а целый ряд
деталей массового производства (поршни и цилиндры двигате-
лей, лопасти пропеллеров и т.д.) выполняют из известных ма-
рок сплавов.
56
Гл. 3. Видовая сортировка лома и отходов алюминия
3400
04250
3.1. Сортировка по внешним признакам
57
Лом и отходы алюминия сортируют на механизированных
круглых столах или на конвейерных установках и линиях.
Механизированный стол конструкции института ВНИИП-
вторцветмет [6] (рис. 3.1), применяемый для сортировки лома
и отходов крупностью до 250 мм, представляет собой диск с вен-
цовой шестерней, с неподвижным кольцевым бортом и спуск-
ными лотками на нем. Диск стола опирается на ролики и вра-
щается от привода через пальчиковую малую шестерню, кото-
рая закреплена на валу редуктора. Бункер емкостью 1,9 м3 со-
стоит из кожуха, крестовины и цепей, подвешенных внизу ко-
жуха бункера и ограничивающих выгрузку сырья на стол. Кожух
бункера через крестовину подвешен на ось, которая, в свою
очередь, опирается на подшипник подъемного механизма ма-
шины, способного поднимать бункер на 200 мм.
Загруженное в бункер сырье при вращении стола (со ско-
ростью 0,03 м/с) равномерно выгружается на рабочую кольце-
вую площадку, а рассортированный материал по лоткам пере-
мещается в соответствующие короба. Стол обслуживают 3—5
сортировщиков, способных рассортировать до 20 т/ч.
На некоторых заводах работают на сортировочных столах
различных конструкций, однако они уступают описанной кон-
струкции и не рекомендуются к тиражированию.
Помимо сортировочных столов, применяются также сорти-
ровочные конвейерные установки и линии, созданные предпри-
ятиями или разработанные проектными институтами, которые
отличаются друг от друга последовательностью и числом опе-
раций, аппаратурой и ее расположением. Основой каждого ва-
рианта является тип конвейера (ленточный или пластинчатый)
для сортировки сырья с одно- или двусторонним обслуживани-
ем, при этом ширина ленты составляет соответственно 600—800
или 1000—1200 мм.
Применение ленточных конвейеров позволяет отделять же-
лезо при помощи магнитных шкивов либо ленточных железо-
отделителей типа ЭПР-120 или им подобных. Подача сырья на
Рис. 3.1. Механизированный стол для сортировки лома.
7 — бункер; 2 — опорный ролик; 3 — стол; 4 — подвижное ограждение; 5 —
передвижной лоток; 6 — редуктор; 7 — двигатель.
58
Гл. 3. Видовая сортировка лома и отходов алюминия
3.1. Сортировка по внешним признакам
59
1 — бункер; 2 — ограничитель нагрузки; 3 — пластинчатый конвейер; 4 —
привод.
ленточный конвейер осуществляется пластинчатыми питателя-
ми непосредственно из бункера или из короба, который уста-
навливается на виброосновании или на опрокидывающейся
платформе. Мелочь и железо могут разделяться и после видо-
вой сортировки на отдельной установке.
Институтами ВНИИПвторцветмет и Гипроцветметобработ-
ка, а также заводами разработаны несколько разновидностей
сортировочных линий, из которых ниже описаны наиболее про-
грессивные и рекомендованные к применению.
Сортировочный конвейер (рис. 3.2) представляет собой наи-
более простую сортировочную линию, которая применяется для
сортировки крупного кускового (300—400 мм) не засоренного
железными пр ид елками и мусором сырья. Приемный бункер
перекрыт решеткой, на которой задерживаются куски матери-
ала размерами более 500 мм. Конвейер одновременно выполня-
ет функции транспортировки сырья из бункера и сортировки
на нем исходного сырья. Равномерность распределения матери-
ала на ленте регулируется положением колосников дозирую-
щего устройства, а максимальное расстояние колосников от лен-
ты не превышает 500 мм. Производительность конвейера может
регулироваться положением колосников над лентой и скорос-
тью движения конвейера и обычно составляет 5—10т/ч.
Линия сортировки лома и отходов конструкции института
ВНИИПвторцветмет (рис. 3.3) производительностью 10—15т/ч
предназначена для сортировки крупнокускового, тяжелого ма-
териала со значительным содержанием железных приделок, сво-
бодных ферромагнитных предметов и незначительным — мело-
чи и мусора. Для предотвращения порыва ленты под бункером
емкостью 3,7 м3 установлен пластинчатый питатель с шириной
ленты до 1000 мм,который позволяет вести работы даже при
значительной крупности материала. Скорость движения ленты
Рис. 3.3. Линия сортировки лома и отходов.
1 — бункер; 2 — пластинчатый питатель; 3 — железоотделитель ЭПР-120;
4~ ленточный сортировочный конвейер; 5 — приемный короб; 6 —
привод...................................... ..
60
Гл. 3. Видовая сортировка лома и отходов алюминия
питателя (0,01—0,02 м/с) меньше скорости движения ленты
сортировочного транспортера (0,03—0,04 м/с), и поэтому мате-
риал рассредоточивается на нем, что улучшает условия сорти-
ровки. Для извлечения ферромагнитных предметов и деталей со
значительными железными приделками используется подвесной
железоотделитель типа ЭПР-120 или ЭПР-80. Длина сортировоч-
ного участка ленточного конвейера зависит от числа сортиров-
щиков, которые могут располагаться с одной или с двух сто-
рон ленты.
Применяются и другие конструкции линий сортировки лома
и отходов, подробные сведения о которых изложены в [1, 6].
» k 4 i.:,
3.2. Сортировка по химическому составу
Для получения высококачественной продукции необходимо
с высокой степенью точности знать химический состав ис-
ходного сырья. Только в этом случае возможно наиболее ра-
ционально использовать имеющиеся лом и отходы алюминия
и получить высокие технико-экономические показатели про-
изводства.
В 60—70-е годы широкое распространение для качественного
и полуколичественного анализа состава вещества получили уп-
рощенные приборы спектрального анализа — стилоскопы и
стилометры различных типов [6]. Подробные сведения о сущ-
ности спектрального анализа представлены в многочисленных
источниках, и в частности в [7]. Кратко об используемых мето-
дах анализа алюминия и его сплавов сообщается в [8].
Для определения химического состава сырья кусок метал-
ла устанавливался на столе стилометра. Излучение дуги или
искры между этим куском металла и угольным электродом
наблюдали в окуляре прибора и сравнивали его с эталоном.
Атласы с рисунками таких спектров были приготовлены зара-
нее. Эти приборы позволяли определять примерное содержа-
ние основных примесей в сплаве за несколько минут. Для про-
ведения полного химического анализа сплава использовали
химические методы, кроме того, спектрографы типа ИСП-22
и других модификаций. Наблюдаемый в процессе разряда ис-
3.2. Сортировка по химическому составу
61
кры спектр фотографировали на фотопленку и затем с помо-
щью микрофотометра определяли содержание компонентов в
сплаве. Эти приборы давали возможность получать точные дан-
ные, но на выполнение анализа требовались часы. Позже по-
явились фотоэлектрические стилометры, с помощью которых
определение в одной пробе 10 элементов занимало всего 2—
3 мин чистого машинного времени. Применение их требовало
предварительного отбора пробы и не позволяло использовать
их как переносные приборы.
Лабораторный анализ химического состава алюминиевых
сплавов в последние годы качественно значительно улучшился
благодаря разработке и внедрению новых, высокоточных и ско-
ростных методов фотоэлектронных приборов спектрального
анализа. Однако эти приборы стационарного типа, и их исполь-
зование возможно только после того, как будет отобрана и
соответствующим образом подготовлена проба исходного сырья.
Отбор и подготовка пробы для спектрального анализа —
достаточно трудоемкая операция и занимает много времени. При
сортировке лома и отходов алюминиевых сплавов она становится
определяющей, так как от времени ее проведения зависит про-
должительность всего подготовительного цикла.
С целью сокращения затрат труда и времени на проведение
отбора и подготовки пробы используются различные способы
[9] — механические, химические и электроэрозионные, послед-
ние широко применяются во вторичной цветной металлургии
для определения химического состава сырья.
Электроэрозионный метод отбора пробы основан на раз-
рушении металлов и сплавов под воздействием электрическо-
го разряда, сопровождаемым переносом вещества с одного
электрода на другой, подставной, электрод. Затем перенесен-
ное на этот подставной электрод вещество анализировалось
обычным спектральным методом. Данный метод особенно эф-
фективен для определения состава крупногабаритного лома при
использовании передвижной установки по отбору пробы от
детали непосредственно на шихтовом дворе или разделочной
площадке. Такие пробоотбирающие установки типа УИП были
разработаны отечественной оптико-механической промышлен-
ностью. Пробоотбиратель был выполнен в виде пистолета, в
62
Гл. 3. Видовая сортировка лома и отходов алюминия
котором смонтированы подставной электрод и пусковые при-
боры. Применение этого метода значительно упростило опера-
цию отбора пробы.
В последние годы нашли широкое применение передвиж-
ные эмиссионные спектрометры. В этих устройствах излучение
между электродом, смонтированным в пистолете, и исследуе-
мой деталью по кабелю с волоконной оптикой длиной до 10 м
передается в спектральный анализатор со встроенным микро-
процессором, который определяет химический состав, переда-
ет данные на экран и регистрирует их принтером. Широко ис-
пользуются передвижные приборы германской фирмы "Spectro"
(Spectrotest, Spectrolab, Spectroflame) и известной швейцарской
фирмы ARL (Quanto Port различных модификаций). Эти вози-
мые на тележке приборы (массой около 25 кг) позволяют од-
новременно определять до 24 элементов всего за 3 с.
В последнее время появилось сообщение о выпуске в США
компанией "Tnspectrace" портативного рентгеновского спектро-
метра с детектором высокого разрешения, который обеспечи-
вает контроль состава, сортировку и идентификацию металлов
и сплавов в жестких условиях производства и позволяет опре-
делять до 21 элемента за несколько секунд. Применение этих до-
рогостоящих приборов окупается в считанные месяцы за счет
качества выпускаемой продукции, экономного и разумного рас-
ходования сырья. 1
3.3. Сортировка по крупности
Операция разделения сырья по крупности осуществляется на
грохотах. Во вторичной цветной металлургии используют непод-
вижные колосниковые, цилиндрические и вибрационные гро-
хоты. Процесс грохочения может быть сухим или мокрым, т.е. с
отмывкой подрешетного продукта водой. Мокрое грохочение
применяется для отсева влажных, мелких и липучих материа-
лов, и оно более эффективно, чем сухое.
Выбор типа грохота, а также способа грохочения определя-
ется технологией обработки сырья, его свойствами, требовани-
ями к качеству продуктов грохочения. При выборе оборудования
для грохочения крупнокускового материала ширина течки, пи-
3.3. Сортировка по крупности
63
тателя и грохота должна быть не менее трех максимальных раз-
меров наибольшего куска, а длина — не менее двух размеров
ширины грохота. Присутствие в материале масел, глин и земли-
стого засора снижает эффективность классификации. Грохоты
отлично выполняют функции питателей и транспортеров, но и
сами требуют равномерности поступления материала.
Грохоты неподвижные. К этой группе относятся колоснико-
вые грохоты и горизонтальные решетки, которые отделяют
материал крупнее 50 мм. Обычно такие грохоты используют при
приеме поступающего материала из автомашин и вагонов.
Наклон грохота для классификации кускового материала не
менее 35°, а материала плоской формы или влажной мелочи не
менее 50°, эффективность грохочения не превышает 60—65 %.
Необходимая площадь грохочения F (м2) определяется по
формуле
F= Q : 2,4 а,
где Q — производительность по исходному сырью, т/ч; а —
ширина щели между колосниками, мм.
Грохоты барабанные (цилиндрические) представляют собой
перфорированные цилиндрические или конические барабаны
диаметром до 2,7 и длиной до 12 м, наклоненные к горизонту
на 2—8°. Легкие барабаны имеют центральный привод, а тяже-
лые лежат на опорных роликах и приводятся через венцовую
шестерню со скоростью 11—15 об/мин. Применяются барабан-
ные грохоты для крупного или среднего грохочения при отсеве
материала не менее 25 мм. Из-за низкой эффективности (60—
65 %) и больших эксплуатационных затрат барабанные грохо-
ты не нашли широкого применения.
Грохоты вибрационные [10]. К ним относятся разнообразные
конструкции с типоразмерами, позволяющими удовлетворять
любые условия грохочения: по производительности, крупности
исходного и подрешетного продукта, способу грохочения и т.д.
Вибрационные грохоты, схемы действия которых представлены
на рис. 3.4, подразделяются на следующие группы:
— вибрационные, наклонные с круговыми колебаниями, с
простым дебалансным вибратором, двухподшипниковые, само-
Центрирующиеся, которые часто называют инерционными;
64
Гл. 3. Видовая сортировка лома и отходов алюминия
— полувибрационные или гирационные, наклонные, с кри-
вошипным валом и дебалансными вибраторами, четырехпод-
шипниковые;
— вибрационные с прямолинейными вибрациями, подраз-
деляемые на горизонтальные самобалансные и горизонтальные
резонансные.
На рис. 3.4, а представлена схема простейшего инерци-
онного грохота с прямым валом 1, вращающимся в подшип-
никах 2, закрепленных в корпусе (коробе) грохота 3. Короб
с решетом 7 (их может быть и два) установлен на четырех
спиральных пружинах-амортизаторах 4, которые могут быть
заменены пружинными подвесками. Шкивы-маховики 5 (один
из которых шкив клиноременной передачи) снабжены деба-
лансными грузами 6. Основным недостатком этих грохотов яв-
ляется подвижность оси вращения вала и шкивов О,— Oh ко-
лебания которых зависят от нагрузки и отрицательно влияют
на работу привода.
Этот недостаток устранен в грохоте, показанном на
рис. 3.4, б, где дебалансные грузы и расстояния их от оси вра-
щения R подобраны с таким расчетом, чтобы центробежная
сила инерции, создаваемая ими, полностью уравновешивала
силу инерции, возникающую при колебаниях короба на ра-
диусе, равном эксцентриситету г. При сохранении этого ус-
ловия короб описывает круговые движения, а ось О,—Ot не
испытывает колебаний и остается как бы неподвижной в про-
странстве. Поэтому эти грохоты называют самоцентрирующи-
мися. Грохоты этого типа марок ГЖ-1, ГЖД-1, ГЖ-2, ГЖД-
2 и ГИТ-32Н широко применяются при переработке вторич-
ного сырья.
Гирационный грохот (рис. 3.4, в) имеет четыре подшипни-
ка, из которых два крайних являются опорными и установлены
на подрессоренной раме. При вращении вала 7 корпус совер-
шает вынужденные гирационные колебания с радиусом г, не
зависящие от нагрузки. Это и есть их основное преимущество
перед инерционными, так как они обеспечивают одинаковую
амплитуду колебаний при различной нагрузке и, следователь-
но, высокую эффективность.
3.3. Сортировка по крупности
65
Рис. 3.4. Схемы вибрационных грохотов.
а — инерционные; б — инерционные самоцентрирующиеся; в — гирационные четырехподшипниковые; г — самоба-
лансные горизонтальные. 1 — вал; 2 — подшипник; 3 — короб; 4 — амортизационная пружина; 5 — шкив-маховик;
6 — дебаланс; 7 — решето; 8 — шестерня вибратора.
66
Гл. 3. Видовая сортировка лома и отходов алюминия
Короба инерционных и гирационных виброгрохотов распо-
ложены наклонно, под углом 15—30°, сетки совершают круго-
вые или слабоэллиптические колебания. КПД грохотов при оп-
тимальных условиях составляет 75—80 %.
Вибрационный горизонтальный грохот (см. рис. 3.4, г) совер-
шает прямоугольные колебания, направленные под углом 35—55°
к плоскости сетки. Грохот состоит из горизонтального короба 3
(с одной или двумя сетками 5), установленного на пружинах 4.
На коробе под углом 35—55° расположен вибратор, состоящий из
двух пар одинаковых дебалансов 6, вращающихся на параллель-
ных валах 7 в противоположные стороны. Синхронность вращения
обеспечивается зубчатой передачей 8. Инерционные усилия, со-
здаваемые вибратором, изменяются по величине от нуля до мак-
симума, но при любых положениях дебалансов результирующая
сила действует вдоль оси О—О. Горизонтальные составляющие сил
F, противоположно направленные и равные по величине, посто-
янно взаимно погашаются, что и обусловливает эффект самоба-
лансировки грохота. Такие грохоты типа С-388 различных типо-
размеров применяются для обезвоживания продуктов обогащения,
дешламации, отделения суспензии и отмывки утяжелителя.
Производительность грохота Q (т/ч) рассчитывается по
формуле
Q = [(100 —е): 7,5] l,52aBL,
где е — эффективность грохочения, %; а — размер ячейки си-
та, мм; L, В — длина и ширина грохота, м.
Необходимую площадь грохочения F (м2) определяют по
формуле
F= 103 Q: qb,
где q — удельная производительность 1 м2 решета при объем-
ной массе материала 2,6- 103кг/м3; b — объемная масса мате-
риала, кг/м3.
Значения удельной производительности q зависят от размера
отверстий в сите грохота:
Размер отверс-
тий, мм 2,0 3,0 5,0 10,0 20,0 25,0 50,0
q, м3/(м2-ч) 5,0 7,0 9,0 14,0 23,2 27,0 32,0
3.3. Сортировка по крупности
67
В последние годы широко применяются так называемые
резонансные грохоты, отличающиеся высокой амплитудой
колебаний (до 12—16 мм) и эффективностью грохочения, что
достигается соответствующей настройкой в резонанс двух дви-
жущихся масс — короба с опорами и основной рамы. Резо-
нансные грохоты ГРЛ-61 применяются для всех видов грохо-
чения лома размером до 300 мм, а также для обезвоживания
крупного и мелкого материала и шлама. Они высокопроизво-
дительны, потребляют в 3—4 раза меньше энергии, чем обыч-
ные грохоты, надежны в работе и не передают вибраций на
конструкции здания.
Кроме резонансных грохотов находят применение резонан-
сные двухмассовые грохоты с электромагнитным вибратором.
Они не имеют вращающихся частей, шарнирных соединений,
более безопасны в работе и допускают легкую регулировку ам-
плитуды колебаний короба. Основные технические характерис-
тики грохотов приведены в табл. 3.1.
В зависимости от назначения грохота и крупности перера-
батываемого материала применяют тканые и плетеные сита с
квадратными и удлиненными отверстиями; листовые решетки
со штампованными отверстиями круглой, продолговатой и ще-
левидной формы; шпальтовые сита из проволоки специального
сечения; наборные решетки из литых и штампованных колос-
ников различного профиля. Плетеные сетки обычно делают из
металлической проволоки, для изготовления которой применя-
ют нержавеющую сталь, латунь, а для крупных сеток — хроми-
та б л и ца 3.1
Технические характеристики грохотов
Параметр ГЖ-1 ГЖ-2 ГИТ-32Н С-388 ГРЛ-61
Длина сита, мм 800 1600 2500 1200 5000
Ширина сита, мм 400 800 1250 810 2000
Число сит 1 1 2 2 1
Размер максимального куска в
исходной, мм 100 150 300 150 300
Угол наклона короба, град 0-30 0-30 0-30 0 0
Амплитуда колебаний, мм 3 3 3,5 5,5 13
Производительность, т/ч 15 60 300 До 75 До 300
-VA
68 Гл. 3. Видовая сортировка лома и отходов алюминия
ЗА- Магнитная сепарация
69
стую, марганцовистую и хромоникелевую стали. Сборные сетки
собирают из канелированных проволок, в которых заранее про-
штамповывают рифления, равные шагу сетки [10]. Колоснико-
вые решетки используются для крупнокускового материала в
грохотах тяжелого типа.
В последние годы за рубежом большое распространение
получили резиновые литые и наборные поверхности грохочения,
срок службы которых в десятки раз превышает срок службы
стальных и достигает 6000 ч [10].
> : » .q-
3.4. Магнитная сепарация п
*•)„ , i"
Для извлечения из лома и отходов ферромагнитных предметов
или деталей с железными приделками применяют электромаг-
нитные устройства различных типов. Магнитной сепарации под-
вергают сыпучую стружку из алюминиевых сплавов (как прави-
ло — после обезжиривания или сушки), лом и отходы крупно-
стью до 450 мм, лом литейный дробленый крупностью до
150 мм, шлаки алюминиевые дробленые крупностью менее 3 мм,
кабель бронированный дробленый крупностью менее 100 мм, а
также отсевы, сор, пылевидные отходы любого гранулометри-
ческого состава.
Тип железоотделителя выбирают исходя из крупности ма-
териала, необходимой степени извлечения железа, производи-
тельности и конструктивных особенностей сепаратора. Степень
извлечения железа зависит от размеров кусков, толщины слоя
материала, влажности, замасленности, магнитной восприимчи-
вости сырья, а также от напряженности магнитного поля, со-
здаваемого сепаратором. Из большого разнообразия электромаг-
нитных железоотделителей для обработки лома и отходов алю-
миния применяются следующие:
— шайбы электромагнитные типа М-22Б, М-42Б;
— железоотделители электромагнитные подвесные типа
ЭПР-80, ЭПР-120;
— шкивы электромагнитные типа ШЭ-65, ШЭ-80, ШЭ-100,
ШЭ-120;
— барабаны электромагнитные БЭ-140/100;
> — сепараторы электромагнитные типа ЭБМ-3, 189-СЭ,
ПБСЦ-63/50, СЭ-3, СЭ-4 и др.
Шайбы электромагнитные М-22Б и М-42Б предназначены для
подъема и транспортировки чушек, лома, скрапа, стружки и
других ферромагнитных предметов. Их грузоподъемность при ра-
боте с чушкой, скрапом и стружкой соответственно составляет
(кг): для шайбы М-22Б — 6000, 200 и 80, а для шайбы М-42Б —
16000, 600 и 200. Поэтому применение таких устройств при ра-
боте с алюминиевым ломом и отходами ограничено первичной
сепарацией железа при погрузоразгрузочных операциях.
Железоотделители электромагнитные подвесные (сепараторы)
устанавливают над ленточными транспортерами для извлечения
железа из потока сырья, движущегося на ленте.
Сепараторы типа ЭПР-120 и ЭПР-80 (рис. 3.5) являются
непрерывно действующими электромагнитными устройствами с
механической разгрузкой извлеченных из потока сырья ферро-
магнитных предметов. Они расположены над ленточным транс-
портером поперек его оси и рассчитаны для работы при темпе-
3653
6 7
Рис. 3.5. Сепаратор типа ЭПР-120.
1 — опорный барабан; 2 — разгрузочная лента; 3 — электромагнит; 4 — веду-
щий барабан; 5 — рама; 6 — натяжной барабан; 7 — привод.
70 Гл. 3. Видовая сортировка лома и отходов алюминия
ратуре среды и материала на ленте в пределах ±40 °C. Сепара-
тор можно установить и вдоль оси конвейера, тогда крупность
улавливаемых кусков повышается с 280 до 450 мм.
Извлеченные из сепарируемого материала ферромагнитные
предметы притягиваются магнитной системой к ленте разгру-
зочного устройства, с помощью которой они выносятся за пре-
делы транспортера и там падают в бункер. Извлечение железо-
содержащих предметов осуществляется непрерывно, а их раз-
грузка может проводиться непрерывно или по мере накопления.
Сепаратор может включаться дистанционно или автоматичес-
ки; в последнем случае датчиком для включения сепаратора в
работу будет сигнал металлоискателя, установленного над лен-
точным конвейером за несколько метров до сепаратора.
Сепараторы рассматриваемых типов (табл. 3.2) предназна-
чены для отделения железа или предметов с железными при-
делками из крупнокусковых материалов (высечка, дробленый
лом, шлаки после предварительного дробления и т.д.).
В настоящее время используются железоотделители типа ПС-
120 и ПС-160, изготавливаемые Луганским машиностроитель-
ным заводом, которые по конструкции не отличаются от сепа-
раторов типа ЭПР, но ПС-160 служит для размещения на кон-
вейере с шириной ленты до 1600 мм.
Шкивы электромагнитные предназначены для извлечения
железных предметов из потока сыпучих или кусковых материа-
лов; устанавливаются вместо приводных барабанов ленточных
Таблица 3.2
Характеристики электромагнитных сепараторов
Параметр ЭПР-120 ЭПР-80
Ширина ленты конвейера, мм До 1200 До 800
Скорость движения ленты конвейера, м/с До 2 2,0-4,5
Толщина слоя материала на ленте, мм 200-250 200-250
Крупность сепарируемого материала, мм 200-250 200-250
Расстояние от ленты конвейера до ленты
сепаратора, мм 280-450 300-350
Масса извлекаемых ферромагнитных пред-
метов, кг До 20 До 15
Потребляемая мощность сепаратора, кВт 14,5 . 4,0
3.4. Магнитш сепарация
Л
Рис. 3.6. Электромагнитный шкив типа ШЭ.
1 — токораспределительная коробка; 2 — диск полюса; 3 — катушка; 4 —
вал; 5 — корпус шкива.
конвейеров. В зависимости от ширины барабана сепарато-
ры выпускаются нескольких типоразмеров (рис. 3.6), и для под-
готовки алюминиевого сырья рекомендуются марки ШЭ-65,
ШЭ-80, ШЭ-100 и ШЭ-120. Эти шкивы размещают на ленточ-
ных конвейерах сортировочных линий, установках обезжирива-
ния и сушки стружки и других сыпучих материалов. Техничес-
кие характеристики сепараторов типа ШЭ указаны в табл. 3.3.
Шкивы состоят из стальных дисков-полюсов с закреплен-
ными на них катушками, концы которых проводят по отверстию
в валу и закрепляют к токосъемным кольцам в распределитель-
ной коробке.
В процессе работы конвейера ферромагнитные предметы
притягиваются к ленте, а немагнитные сбрасываются с ленты
по ее ходу. После выхода ленты из зоны действия шкива “при-
Таблица 3.3
Характеристики электромагнитных шкивов
Параметр ШЭ-65 ШЭ-80 ШЭ-100 ШЭ-120
Ширина ленты конвейера, мм 650 800 1000 1200
Толщина слоя материала на ленте, мм 100 120 150 150
Размер наибольших кусков, мм 100 150 150 150
Скорость вращения шкива, об/мин 60 50 50 50
Потребляемая мощность, кВт 2 5 5 6,5
72
Гл. 3. Видовая сортировка лома и отходов алюминия
липшие” ферромагнитные предметы падают в бункер для сбо-
ра железа. При остановке конвейера электромагнитный шкив во
избежание перегрева обмотки необходимо отключать, что можно
осуществить дистанционно или автоматически.
Оптимальная скорость конвейера, при которой происходит
максимальное извлечение железа, составляет 1,25—2,0 м/с, с
увеличением скорости извлечение железа ухудшается. При круп-
ности сепарируемого материала и толщине его слоя на ленте
более 150 мм извлечение железа также ухудшается.
Барабанный сепаратор БЭ-140/100 предназначен для извле-
чения ферромагнитных предметов из кусковых отходов, выш-
тамповки, высечки, продуктов дробления сложного лома
(рис. 3.7). Барабан сепаратора установлен на неподвижной оси,
а обечайка 4 крепится на подшипниках и приводится во вра-
щение роликовой цепью через звездочку 3 от привода. Измене-
ние положения магнитной системы в пределах 90° осуществля-
ется поворотным устройством 1. Концы катушек магнитной
системы введены в коробку 9 через сквозное отверстие в не-
подвижной оси.
Дробленый лом или иные отходы алюминия подаются на
поверхность обечайки барабана. Ферромагнитные предметы,
содержащиеся в материале, попадая в зону действия магнитного
поля, притягиваются к обечайке и по мере ее вращения выно-
Рис. 3.7. Барабанный сепаратор типа БЭ-140/100.
1 — поворотное устройство; 2 — подшипник; 3 — приводная звездочка; 4 —
обечайка; 5 — полюсный наконечник; 6 — полюсная скоба; 7 — катушка;
8— торцевая крышка; 9— вводная коробка; 10— кабельный ввод; 11 — ре-
борда; 12 — отбойная планка.
3.4. Магнитная сепарация
73
сятся в зону ослабленного магнитного поля, где и падают в
бункер. Для улучшения разгрузки железных предметов служит
отбойная планка 12. Скорость вращения обечайки составляет
38 об/мин, потребляемая мощность — 3,5 кВт, толщина слоя
материала на барабане допускается до 300 мм.
Электромагнитные барабаны являются основным узлом
магнитных барабанных сепараторов, применяемых для отделе-
ния ферромагнитных включений и цветного металла с желез-
ными приделками из кускового материала.
Электромагнитный барабанный сепаратор типа ПБСЦ-63/50
(рис. 3.8) предназначен для отделения железа из стружки цвет-
ных металлов, высечки, выштамповки, продуктов дробления
электрических и электронных ламп, лома телевизоров и радио-
приемников и отходов радиотехнической и электронной промыш-
ленности. Эти сепараторы изготавливаются Воронежским заводом
горно-обогатительного оборудования в двух исполнениях, но для
сепарации цветных металлов применяется модификация со ско-
ростью вращения обечайки в пределах 26—67 об/мин, которая
обеспечивается подбором шкивов ременной передачи.
Отходы цветных металлов крупностью 20—0 мм поступают
в приемный бункер 1, откуда вибропитателем 2 равномерно
распределяются по поверхности барабана сепаратора. При вра-
щении обечайки барабана отходы разгружаются в первый по
ходу перемещения материала приямок, а уловленные железные
отходы — во второй. Отрыв уловленного материала от барабана
происходит в зоне, где сила магнитного поля незначительна или
отсутствует. Институтом “Механобр” разработаны быстроходные
сепараторы ПБСЦ-63/100 и ПБСЦ-63/200, предназначенные для
обогащения руд и извлечения железа из отходов цветных ме-
таллов, которые аналогичны по конструкции сепаратору ПБСЦ-
63/50, но имеют большую ширину барабана.
Производительность сепараторов типа ПБСЦ-63/50 при
переработке алюминиевой стружки достигает 20т/ч, а по кус-
ковому материалу — ЗОт/ч.
Аналогичные по устройству сепараторы типа 206БСЭ-1 при-
меняются для обработки мелкого материала (отсева, землистых
отходов и т.д.). Диаметр и длина их барабана значительно мень-
ше, и поэтому их производительность не превышает 8—10т/ч.
74
Гл. 3. Видов»сортардакалтиотхадовалюминия
продукт продукт
Н|-
Рис. 3.8. Магнитный барабанный сепаратор типа
ПБСЦ-63/50.
; 1 — бункер; 2 — вибропитатель; 3 — барабан; 4 — магнитная систе-
ма; 5 — разгрузочный бункер; 6 — рама.
w
3.5. Сортировка алюминиевого лома в тяжелых средах 75
На предприятиях по переработке отходов цветных металлов
используются сепараторы различных типов, разработанные и
изготовленные зарубежными фирмами “Sala”, “Newell Dunford”,
“Lindemann”, “Hammermils” и др., подробные сведения о ко-
торых изложены в [11] и других источниках. Здесь же отметим,
что все эти установки в качестве основного узла используют
электромагнитные барабаны, принцип действия которых опи-
сан выше.
3.5. Сортировка алюминиевого лома в тяжелых средах
Этот способ сортировки отходов и лома цветных металлов зак-
лючается в том, что сортируемое сырье помещают в суспензию
с высокой плотностью, в которой компоненты сырья с малой
плотностью всплывают, а тяжелые тонут.
Суспензию готовят путем перемешивания утяжелителя с
водой, в качестве которого применяют мелкоизмельченный
магнетит, галенит, кварц, барит и ферросилиций. Наиболее
широко распространен ферросилиций — сплав железа с 10—20 %
кремния и плотностью 6,4—7,0 т/м3. Более высокое содержание
кремния ухудшает магнитные свойства сплава, что затрудняет
его регенерацию. При более низкой концентрации кремния
ферросилиций плохо дробится и способен окисляться. Для при-
готовления суспензии ферросилиций измельчают до крупнос-
ти —0,15 мм, но лучшие результаты дает применение гра-
нулированного ферросилиция с шарообразной формой частиц,
из которого можно приготовить суспензию плотностью до
3800 кг/м3 с низкой вязкостью; кроме того, он хорошо отмыва-
ется и регенерируется с небольшими потерями.
ВНИИПвторцветмет разработал технологию и установку для
разделения лома по группам сплавов в тяжелых средах, прин-
ципиальная схема которой приведена на рис. 3.9. Лом на дро-
билках 7, 3 дробят в одну (крупность 300 мм) или две стадии
(крупность 80 мм) и подвергают магнитной сепарации с помо-
щью железоотделителей 2, 4. Отделенное железо отправляют
предприятиям Вторчермета. Отсепарированный от железа про-
дукт подают на двухситный грохот 5 мокрого грохочения, а по-
76
Гл. 3. Видоваясортировкаяемаи отходовалюминия
3.5. Сортировка алюминиевого лома в тяжелых средах
77
лученный подрешетный продукт класса — 0,5 мм вместе со смыв-
ной водой поступает на осветление в центрифугу 7. Слив цент-
рифуги 7 после дополнительной очистки на сепараторе 6 ис-
пользуют для отмывки лома от землистого засора на грохоте 5.
Сгущенный шлам, полученный в центрифуге 7 и сепараторе 6,
направляют в отвал. Продукт класса — 10 + 0,5 мм, полученный
на нижнем сите грохота 5, влажностью 6 — 8 % перерабатыва-
ют совместно со стружкой. Кусковой же материал крупностью —
80(100)+ 10 мм подвергают обезжириванию в барабанной мой-
ке 8. Для приготовления моющего раствора предусмотрен бак-
мешалка 9 с паровым подогревом, куда подаются техническая
вода (т.в.) и моющий реагент. Далее обезжиренный продукт
сортируют в тяжелосредном колесном сепараторе 10 с плотно-
стью суспензии 3150 кг/м3.
При данной плотности среды в осадок выпадают тяжелые
цветные металлы (медь и ее сплавы и алюминиевые сплавы с
приделками), которые после смыва утяжелителя направляют на
дальнейшую переработку.
Легкую фракцию, которая представляет собой смесь различ-
ных алюминиевых сплавов, подлежащих разделению по плот-
ности (меняющейся в зависимости от химического состава спла-
вов), подвергают последовательной сепарации и из смеси спла-
вов в потонувшую фракцию выделяют следующие сплавы: при
плотности суспензии 2780 кг/м3 — алюминиево-цинковые; при
плотности 2690 кг/м3 — алюминиево-медные и при плотности
2550 кг/м3 — алюминиево-кремниевые; во всплывшую фрак-
цию — алюминиево-магниево-кремниевые.
Разделение смеси сплавов на группы можно осуществлять
в одном, двух или трех колесных сепараторах. В последнем слу-
чае процесс протекает непрерывно, а в первых двух идут на-
копление смеси продуктов и последующая их переработка. Но в
Рис. 3.9. Установка для сортировки алюминиевого лома и отходов.
1, 3 — дробилки; 2, 4 — железоотделители; 5 — двухситный грохот; 6 — сепа-
ратор; 7 — центрифуга; 8 — барабанная мойка; 9 — мешалка; 10 — колесный
сепаратор; 11 — обезвоживающий грохот; 12 — чан суспензии; 13 — электро-
магнитный сепаратор; 14 — размагничивающая катушка; 75 — спиральный
классификатор; 16 — сборник некондиционной суспензии; 17 — зумпф пере-
ливов; 18 — емкость для оборотных вод.
78
Гл. 3. Видовая сортировка лома и отходов алюминия
этом случае прекращается переработка исходного сырья. Выбор
метода разделения должен быть решен на стадии проектирова-
ния установки.
Полученные в результате сепарации легкая и тяжелая фрак-
ции из колесного сепаратора 10 поступают на обезвоживающий
грохот И. На первой трети грохота происходит удаление основ-
ной массы суспензии, на второй трети — отмывка утяжелителя
от алюминия. Последняя треть грохота служит для обезвожива-
ния алюминия до влажности 6—8 %.
Кондиционная суспензия поступает в чан-мешалку 12, куда
добавляются техническая вода и свежий утяжелитель для ком-
пенсации потерь и составления суспензии необходимой плот-
ности.
Некондиционная суспензия собирается в сборнике 16 и
направляется на регенерацию в отделение, состоящее из элек-
тромагнитного сепаратора 13 (для отделения ферросилиция),
размагничивающей катушки 14 и спирального классификатора
15. Полученный восстановленный утяжелитель поступает вновь
в чан-мешалку 12, а осветленную воду в процессе регенерации
суспензии повторно используют при промывке продуктов на
грохоте 11.
Данная технологическая схема разработана для Подольско-
го завода по производству цветных металлов, и ее расчетная
производительность составляет 10т/ч.
Конструкция колесного тяжелосредного сепаратора, исполь-
зуемого в описанной схеме, а также в других схемах вихревого
тяжелосредного циклона, приведена в [6].
Процесс обогащения в тяжелых средах высокопроизводи-
телен и эффективен, однако минеральные суспензии имеют и
серьезные недостатки — высокую вязкость и кинетическую не-
устойчивость, что ограничивает их применение для обогащения
тонких классов сырья. Кроме того, очень трудно создавать ра-
ботоспособные суспензий плотностью более 3000—3500 кг/м3.
Так, при плотности 1520—3250 кг/м3 и объемной концентрации
твердой фазы около 30—40 % вязкость суспензии составляет 19—
34 мПа. с, а с повышением концентрации твердой фазы до 60 %
вязкость возрастает до 65—80 мПа с, что практически исклю-
чает ее применение для сепарации.
3.5. Сортировка алюминиевого лома в тяжелых средах
79
Однако маловязкая и малоконцентрированная тяжелая сус-
пензия с высокой и легкорегулируемой плотностью может быть
получена в результате сочетания ферромагнитной тонкодиспер-
сной суспензии с неоднородным магнитным полем. Данный
способ, подробно описанный в [11], получил название магни-
тогидростатической (МГС) сепарации. Сущность его заключа-
ется в том, что на твердые частицы неодинаковой плотности
действуют различные выталкивающие силы, возникающие в
ферромагнитной жидкости при взаимодействии ее с внешним
неоднородным магнитным полем, при изменении напряженно-
сти которого изменяется значение выталкивающей силы. На
величину выталкивающей силы в основном влияют свойства
магнитной жидкости и напряженность магнитного поля.
Применение МГС-сепарации позволяет разделить материа-
лы плотностью от 1500 до 20000 кг/м3, в то время как в тяже-
лых средах можно разделить материалы плотностью 1500—
7000 кг/м3. Данное обстоятельство особенно привлекательно при
обогащении оловянных руд и доводке до кондиции алмазных и
золотосодержащих концентратов.
За рубежом определенных успехов в разработке и внедрении
МГС-сепарации достигли некоторые фирмы Японии (“Хиталки
сейсаку”) и США. В качестве ферромагнитной жидкости (ФМЖ)
для выделения алюминия из автомобильного лома японские спе-
циалисты использовали коллоидный раствор мелких зерен маг-
нетита, окруженных оболочкой поверхностно-активных веществ
(олеиновая кислота) в керосине. Вязкость этих жидкостей не
превышает 30 мПа • с, ее потери при регенерации составляют
около 0,1 %. Аналогичный состав ФМЖ применяли и американ-
ские специалисты для извлечения цветных металлов из смешан-
ного лома, полученного при сжигании бытовых отходов.
Применение МГС-сепарации позволяет осуществлять раз-
деление материалов с разницей в плотности 0,03—0,05 г/см3, что
дает возможность получать сырье, из которого выплавляют спла-
вы, на производство которых в настоящее время используется
первичный алюминий высоких марок.
Есть все основания полагать, что МГС-сепарация найдет
широкое применение и для разделения алюминиевого лома и
отходов.
80
Гл. 4. Разделка лома и отходов алюминия
Г л а в а 4
Разделка лома и отходов алюминия
Под разделкой лома и отходов понимают операции по приве-
дению сырья к габаритам, удобным для дальнейшей переработ-
ки, разделению механически связанных деталей из различных
сплавов, удалению приделок из других металлов и материалов.
К операциям разделки относятся дробление и резка, пакетиро-
вание и брикетирование, обработка таких видов отходов, как
электродвигатели, кабель и другие специфичные виды алюми-
нийсодержащего сырья.
Для разделки лома и отходов применяют однооперацион-
ные механизмы или поточные линии, которые обеспечивают пе-
реработку, транспортировку, складирование и дозировку раз-
деланного сырья.
4.1. Переработка крупногабаритного лома t
Для разделки крупногабаритного лома и отходов применяют
различные методы и механизмы.
Копровые установки стационарного и передвижного типа ис-
пользуют для разделки крупногабаритного литейного лома с це-
лью дробления его до размеров 300—450 мм и последующего сред-
него дробления, а также до размеров 500—800 мм, чтобы придать
лому габаритное состояние или осуществить непосредственную ме-
таллургическую переработку. Во вторичной цветной металлургии ис-
та б л и ца 4.1
Технические характеристики копровых установок
Параметр К-21 К-26 МС-32
Максимальный размер исходного кус-
ка, мм 1500 1500 2000
Максимальный размер в дробленом ма-
тер нале, мм 500-300 500-300 500-300
Высота копра, мм 6000 7870 11000
Масса бабы, кг 750 750 3000
Высота подъема бабы, мм 5000 6060 8500
Производительность по алюминию, т/ч 0,3 0,5 1,0
4.1. Переработка крупногабаритного лома
81
пользуются стационарные К-21, К-26 и передвижные МС-32 коп-
ровые установки (табл. 4.1). Не исключено применение и других кон-
струкций копровых установок с массой бабы 750—3000 кг.
Резка. Разделку крупногабаритного лома и отходов выпол-
няют путем резки ручным огневым и механическим способами.
Производительность ручной резки крайне низка, и поэтому она
не популярна. Огневая резка с помощью керосинорезов или с
использованием газообразного (пропан-бутан, ацетилен и пр.)
топлива предназначена для резки стальных деталей.
Рис. 4.1. Схемы резки плазменной дугой (а), плазменной струей (5)
и общая схема установки (в).
1 — разрезаемый металл; 2 — источник питания; 3 — осциллятор; 4 — реостат
Для регулирования вспомогательной дуги; 5 — плазмотрон; 6 — плазменная
струя; 7 — плазменная дуга; 8 — баллон с газом; 9 — балластный реостат.
6 Заказ № 215
82
Гл. 4. Разделка лома и отходов алюминия
За последнее время находит широкое распространение ме-
тод плазменно-дуговой резки, сущность которого заключается
в подаче в электрическую дугу через плазмообразующее сопло
потока какого-либо газа. При этом дуга сжимается и образуется
плазма с температурой 20 000—30 000 °C. •
Рис. 4.2. Аллигаторные ножницы Н-315.
1 — Цианина; 2 — неподвижный нож; 3 — подвижный нож; 4 — прижим; 5 —
верхняя челюсть; 6 — прилив; 7 — ось верхней челюсти; 8 — муфта; 9 — шкив;
' ’ 10 — двухступенчатая зубчатая передача.
4.1. Переработка крупногабаритного лома
83
Если электрическая дуга получена между независимыми
от разрезаемого металла электродами, то возникает плазмен-
ная дуга, если же между электродом и металлом, то — плаз-
менная струя (рис. 4.1). Основной частью установки плазмен-
но-дуговой резки является водоохлаждаемый плазмотрон, в
котором в качестве плазмообразующего газа выступает аргон-
водородная смесь или воздух. Скорость плазменной резки до-
стигает 0,1 м/мин, ее КПД достаточно высок, и она с успе-
хом применяется для разделки вторичного сырья на мед-
ной и алюминиевой основе, а также высоколегирован-
ных сталей. Плазменно-дуговая резка имеет и недостатки —
большие потери металла в результате его окисления, низкую
производительность. Поэтому при большом объеме разделки
лома и отходов более рациональна механическая резка, ко-
торая выполняется с помощью аллигаторных или гидравли-
ческих ножниц.
Аллигаторные ножницы (рис. 4.2) в основном состоят из ста-
нины с неподвижным ножом, верхней челюсти с подвижным
ножом и привода. Верхняя челюсть приводится в движение от
шкива, который одновременно является и маховиком. Электро-
двигатель соединен со шкивом клиноременной передачей, ко-
торый в свою очередь соединен с валом привода челюсти фрик-
ционной передачей во избежание поломок механизма при пе-
регрузках. В ступице большой шестерни вмонтирована муфта
включения, которая управляется педалью, расположенной у
рабочего места оператора. Технические характеристики ножниц
представлены в табл. 4.2.
' •' ' ' Таблица 4.2
Технические характеристики аллигаторных ножниц
Параметр H-315 H-2298 H-2230 H-2231
Длина ножа, мм 600 630 800 1000
Число ходов ножа, мин1 22 40 30 20
Сечение разрезаемого металла, мм2:
круг 100 63 100 125
полоса 22 20 36 40
труба 250 250 300 400
Примечание. Размер сечения При резании дан для черных металлов.
84
Гл. 4. Разделка лома и отходов алюминия
4.1. Переработка крупногабаритного лома
85
Рис. 4.3. Гидравлические ножницы Н-2338.
1 — бункер; 2 — гидравлический толкатель; 3 — загрузочный желоб; 4 — каме-
ра предварительного сжатия; 5 — гидравлический прижим; 6 — верхний, 7 —
нижний нож.
86
Гл. 4. Разделка лома и отходов алюминия
Таблица 4.3
Технические характеристики гидравлических (гильотинных) ножниц
Параметр Н-2335 Н-2338 Н-0340
Длина ножа, мм 1400 1650 2100
Максимальный ход ножа, мм 750 950 1200
Число ходов ножа, мин-1 5-6 3-4 1,5
Расстояние между центрами ножей, мм 700 900 1100
Производительность (по стали), т/ч 5-6 8-12 22-42
Ножницы гидравлические (гильотинные). Для резки лома цвет-
ных металлов больших поперечных сечений применяются гид-
равлические ножницы с усилием резания 315, 630 и 1000 тс. На
Щербинском заводе вторичных цветных металлов работают нож-
ницы для резки самолетного и другого негабаритного лома с
усилием резания 400 тс, числом ходов ножа в час 21, при этом
ход ножей составляет 2115 мм, а их длина 2500 мм.
Гидравлические ножницы типа Н-2338 (рис. 4.3), кроме узла
собственно ножниц с режущим и сминающим устройством,
имеют узел подающего устройства с загрузочным бункером,
коробом и толкателем в нем, узел гидропривода и системы
управления отдельными механизмами и ножницами в целом.
Исходное сырье загружается в приемный бункер емкостью
5,75 м3, из которого путем наклона на 70—80° оно пересыпает-
ся в желоб и оттуда толкателем подается в камеру предвари-
тельного сжатия, осуществляемого гидравлическим прижимом.
По достижении предельного сжатия включается гидросистема
движения верхнего ножа и происходит резание металла. Работа
гидросистем управления органами резания и прижима синхро-
низирована.
Технические характеристики выпускаемых гидравлических
ножниц и используемых во вторичной цветной металлургии
приведены в табл. 4.3.
47 'Шир,; : i
4.2. Дробление и измельчение
Дробление лома и отходов алюминия применяется при подго-
товке сырья к дальнейшей переработке или его транспортиров-
ке потребителю. Дроблению подвергаются алюминиевый литей-
4.2. Дробление и измельчение
87
ный лом и отходы, легковесный негабаритный лом, флюсовые
и шлаковые конгломераты, кабельный лом и проводники тока,
витая стружка, пакетированные отходы и др.
В зависимости от размеров дробленого продукта различают
устройства для крупного (250—300 мм), среднего (25—30) и
мелкого (до 3 мм) дробления.
Операции по дроблению и измельчению сырья выполня-
ются машинами и механизмами общего назначения и специа-
лизированные.
К дробилкам общего назначения для всех видов дробления
относятся щековые, молотковые и роторные, для тонкого из-
мельчения — мельницы, бегуны и роторные измельчители, а к
дробильно-размольным аппаратам специального назначения —
стружкодробилки, установки для разделки электродвигателей и
кабельной продукции и пр.
4.2.1. Оборудование для дробления. Как показано выше, для
дробления крупного лома применяют копровые установки, плаз-
менно-дуговую резку и различные ножницы; для среднего и
мелкого дробления — дробилки различных конструкций, крат-
кие сведения о которых приведены ниже.
Щековые дробилки (рис. 4.4) предназначены для среднего и
мелкого дробления лома, флюсов, шлаков и пр. Они отличают-
ся простотой конструкции, надежностью в работе и удобством
в эксплуатации. Дробилки рассчитаны на дробление твердых
пород и в случае попадания вязкого недробимого материала
имеют предохранительное устройство в виде распорной плиты,
которая при перегрузках разрушается.
Приводной вал дробилки вращает маховое колесо с эксцен-
трично насаженным на него шатуном. При вращении вала и
подъеме шатуна угол между распорными плитами возрастает,
подвижная щека движется вперед и, сближаясь с неподвижной,
дробит материал.
В зависимости от способа подвески подвижной плиты дро-
билки делятся на два класса: с простым (типа ЩКД) и слож-
ным (ЩС) качанием щеки. У дробилки со сложным качанием
Щеки последняя свободно надета на вал и одновременно слу-
жит шатуном механизма. Поэтому щека совершает сложное эл-
88
Гл. 4. Разделка лома и отходов алюминия
4.2. Дробление и измельчение
89
липтическое движение и по сравнению с дробилками с простым
движением щеки они более приспособлены для дробления вяз-
ких материалов.
Производительность щековых дробилок Q определяют по
формуле л
где Qk — производительность по каталогу, т/ч; К— стэт/ст — ко-
эффициент, учитывающий разницу временных сопротивлений
стэт (эталонного сырья) и ст (данного сырья); К^ — Ъ/1,6 (8 —
объемная масса данного сырья) — коэффициент, учитывающий
влияние объемной массы.
Технические характеристики наиболее часто применяемых
во вторичной цветной металлургии щековых дробилок приве-
дены в табл. 4.4.
Дробление литейного алюминиевого лома, кабеля, про-
водниковых материалов, флюсов, шлаков, конденсаторов и
другого кускового и сыпучего сырья осуществляется аппара-
тами ударного действия — молотковыми и роторными дро-
билками.
Молотковые и роторные дробилки (рис. 4.5). В молотковых
дробилках дробление выполняется молотками, шарнирно за-
крепленными на вращающемся роторе дробилки, и поэтому сила
дробящего удара зависит от массы молотка и скорости враще-
Таблица 4.4
Основные характеристики щековых дробилок
Параметр щс- 25x40 щс- 25x90 щс- 40x90 щкд- 40x60 ЩКД- 90x120
Размер приемной пас-
ти, мм Ширина разгрузочной 250x400 250x900 400x900 400x600 900x1200
щели, мм Максимальный размер 20-80 20-80 40-100 40-100 130
куска питания, мм 210 210 340 340 750 ;
Ход щеки, мм 11 10 9,5 20 30
Производительность, м3/ч Число ходов подвижной 8,5 19 29 19 130
плиты, мин-1 300 275 325 300 170
90
Гл. 4. Разделка лома и отходов алюминия
4.2. Дробление и измельчение 91
1150
ния ротора. В роторных же дробление осуществляется ударами
бил, жестко закрепленных на вращающемся роторе, и сила
удара зависит от массы бил и ротора и скорости вращения
ротора.
Рассматриваемые дробилки отличаются высокой произво-
дительностью, равномерностью гранулометрического состава
дробленого продукта, небольшим расходом электроэнергии,
простотой конструкции и удобством эксплуатации. В то же вре-
мя у дробилок ударного действия высокий износ дробящих
органов и высокая чувствительность к дебалансу вращающейся
массы ротора и бил.
Производительность и качество дробления у молотковых
дробилок регулируются расстояниями между билами и решет-
кой и типом решетки.
Объемная производительность дробилок Q (м3/ч) опреде-
ляется по формуле:
при D> L
хц я Q= 100 • D1 • L ’ п; j Я
при D<L ЯЬ/ . 'Jr./: 1
Q-100 а, ;
где D — диаметр ротора, м; L — длина ротора, м; п — число
оборотов ротора, мин-1.
Для определения весовой производительности дробилок
необходимо полученную объемную производительность умно-
жить на объемный вес дробимого сырья. Основные технические
характеристики дробилок ударного действия приведены в
табл. 4.5.
На Мценском и Сухоложском заводах по переработке вто-
ричного цветного металла используются дробилки фирмы “Хам-
мерсмилс” (США), а на Щербинском заводе — фирмы “Лин-
деманн” (Германия), технические характеристики которых пред-
ставлены в [3].
Рис. 4.5. Молотковая М8-6Б (а) и роторная СМД-85 (б) дробилки.
М8-6Б: 1 — корпус; 2 — ротор; 3 — молоток; 4 — загрузочное окно; 5 — раз-
грузочная решетка.
СМД-85: 1 — корпус; 2 — ротор; 3 — била; 4 — загрузочное окно; 5 — отбой-
ная плита.
92
Гл. 4. Разделка лома и отходов алюминия
Таблица 4.5
Технические характеристики дробилок ударного действия
Параметр Молотковые дробилки Роторные дробилки
СМ-218 СМ-431 СМ-2 ОЦД-50 оцд-юо С МД-85
Размеры загрузоч-
ного окна, мм 425x295 600x350 800x600 1000x50 900x665 550x630
Диаметр ротора, мм 600 800 900 600 800 1250
Скорость вращения
ротора, об/мин 1250 1000 750 600; 1200 490; 660 460; 578 825
Число молотков (ря- дов, штук в ряду) 15 (5x3) 96 (6x16) 10 — — —
Крупность куска в
загрузке, мм 150 200 300 350 450 400
Зазор между молот- ком и решеткой, Регули- руемый Регули- руемый 25 — Л — —
мм
4.2.2. Оборудование для измельчения. В ряде случаев (при
разделке шлака, кабеля и проводниковой продукции) возникает
необходимость подвергнуть материал мелкому дроблению или
измельчению. Для этой цели помимо молотковых и роторных
дробилок используют измельчители типа ИПР, а также стерж-
невые и шаровые мельницы, бегуны, дезинтеграторы, мельни-
цы “Аэрофол” и дисковые истиратели.
Измельчитель типа ИПР-450М (рис. 4.6) применяется для
измельчения проводников тока и состоит из станины, загрузоч-
ной течки и разгрузочной решетки, а также камеры резания с
Таблица 4.6
Технические характеристики измельчителей
Параметр ИПР-300 ИПР-450
Диаметр ротора, мм 300 450
Число ножей на роторе, шт. 3 5
Скорость вращения ротора, об/мин 1350 700
Число ножей на корпусе, шт. 2 3
Крупность исходного материала, мм 250 300
Производительность при дроблении проводников
тока, кг/ч 200-250 400-450
4.2. Дробление и измельчение
93
Рис. 4.6. Измельчитель типа ИПР-450М.
1 — камера резания; 2 — корпус; 3 — загрузочное окно; 4 — неподвижный
нож; 5 — подвижный нож; 6 — ротор; 7 — крышка; 8 — разгрузочное окно.
вращающимся ротором с ножами. На валу ротора крепятся ма-
ховое колесо и приводной шкив. Основные технические харак-
теристики измельчителей представлены в табл. 4.6.
Другие виды типового оборудования для измельчения алю-
миниевого сырья (мельницы, бегуны и пр.) используются ред-
ко, и их описание можно найти в специализированной лите-
ратуре.
В алюминиевом вторичном сырье стружка составляет самую
большую группу отходов. В зависимости от вида режущего ин-
струмента при механической обработке деталей (резец, фреза)
форма и размеры отдельных частиц стружки могут быть различ-
ными. С точки зрения подготовки к плавке стружка делится по
геометрическим признакам на сыпучую и витую (вьюнообраз-
94
Гл. 4. Разделка лома и отходов алюминия
ную), по размерам частиц — на крупную и мелкую и по одно-
родности — на однородную и смешанную (по сыпучести и по
крупности).
Стружкодробилки применяются для дробления вьюнооб-
разной стружки перед ее обезжириванием и сушкой. Эти дро-
билки, помимо дробления стружки, должны обеспечивать вы-
деление недробимых металлических включений или быть не-
чувствительными к их присутствию в исходном сырье. На пред-
приятиях для дробления алюминиевой стружки применяют
стружкодробилки роторного типа или стружкодробильные аг-
регаты типа СДА-7.
4.2. Дробление и измельчение
95
Роторные стружкодробилки типа СДР-1 и СДР-2 разрабо-
таны институтом ВНИИПвторцветмет для дробления вьюнооб-
разной стружки.
Дробилка СДР-1 предназначена для дробления рядовой
стружки до размеров менее 100 мм. Она изготовлена на базе
дробилки ОЦД и имеет ротор с закрепленными билами, кото-
рые режут стружку ударами о неподвижные ножи. Подающее
устройство подпрессовывает стружку и подает ее в камеру дроб-
ления. Производительность этой дробилки составляет 0,5 т/ч.
Дробилка СДР-2 (рис. 4.7) выполнена на базе молотковой
дробилки СМ-2 (см. табл. 4.5), но изменена конструкция ротора
и корпуса. Дробящим органом стружкодробилки является ротор,
набранный из 28 бил, подвешенных на четырех осях. Поступаю-
щая на дробление стружка задается в дробилку из приемного
бункера подающим устройством. Раздробленная стружка просеи-
вается через разгрузочную колосниковую решетку. Недробимые
куски металла, попадая между стенкой корпуса и билами, вы-
брасываются вверх по течке и, встречая на своем пути отбой-
ную плоскость, попадают в ловушку. Дробилка этой конструк-
ции наиболее приемлема для дробления алюминиевой стружки.
Стружкодробильный агрегат СДА-7 (рис. 4.8) состоит из
молотковой дробилки, подающего и разрывного устройств и
ленточного конвейера. Вьюнообразная стружка после выборки
больших посторонних предметов загружается в приемный бун-
кер, откуда захватывающими звездочками разрывного устрой-
ства затягивается в агрегат, где разрывается на мелкие куски и
ленточным устройством подается в молотковую дробилку. За-
грузочное устройство снабжено приспособлением для пропуска
выбрасываемых ротором недробимых кусков.
Технические характеристики дробилок и агрегата приведе-
ны в табл. 4.7.
Таблица 4.7
Основные характеристики стружкодробильных устройств
Параметр СДР-1 СДР-2 СДА-7
Производительность, т/ч 0,5 1,5-2,0 До 2,5
Размер дробленого продукта, мм 50-100 10-50 До 100
Скорость вращения ротора, об/мин 1200 150 1500
96
Гл. 4. Разделка лома и отходов алюминия
9600
- Рис. 4.8. Стружкодробильный агрегат СДА-7. : л
7 — Приемный бункер; 2 — разрывное устройство; 3 — ленточный конвейер;
4— молотковая дробилка. *
На Мценском и Сухоложском заводах по переработке цвет-
ных металлов установлены линии дробления вьюнообразной
стружки германской фирмы “Беккер”. Производительность ли-
нии достигает 10т/ч, а дробилок — 5т/ч. Исходным сырьем
служит смесь сыпучей и витой стружки с содержанием масла и
влаги до 25 %. За рубежом нашли широкое применение измель-
чители стружки германской фирмы "Линдеманн" производитель-
ностью 0,5—12т/ч. Краткое описание этих линий и стружко-
дробилок дано в [3].
4.3. Разделка лома и отходов кабельной продукции
Лом и отходы кабельной продукции представляют собой слож-
ную по переработке сырьевую группу вторичных цветных ме-
таллов: кабель бронированный в свинцовой или алюминиевой
4.3. Разделка лома и отходов кабельной продукции
97
оболочке; кабель небронированный в резиновой или полимер-
ной оболочке; проводники тока в резиновой, полимерной и
бумажной оболочках. При этом токопроводящие жилы могут быть
медными или алюминиевыми. Металлические оплетки выполня-
ются из стальной ленты толщиной 0,3—1,0 и шириной 55—60 мм
или проволоки диаметром 4—6 мм.
В качестве изоляционных материалов применяют резину, по-
лимеры, различные ткани, бумагу, битум, смолы. Разделку кабе-
ля и проводников тока выполняют на механических станках, спе-
циализированных линиях и печах безокислительного обжига с
получением товарных продуктов по видам металла и отделением
изоляционных материалов, пригодных для вторичного использо-
вания. Химические способы разделки в промышленности России
не применяются, а открытый обжиг кабеля на воздухе запрещен.
Кабелеразделочные станки. Исследования, проведенные ин-
ститутом ВНИИПвторцветмет, показали [6], что наиболее при-
емлемыми являются станки Донецкого завода цветных сплавов
и две модификации станков, разработанные во ВНИИПвтор-
цветмете. Обе конструкции представляют собой станки с двумя
механизмами: подачи кабеля и узла резки брони и оболочки.
Подача кабеля осуществляется колесами с канавкой, располо-
женными друг над другом. На станке Донецкого завода резка
брони и оболочки выполняется двумя дисковыми ножами диа-
метром 220 мм, на станках института резка кабеля производит-
ся ножом, установленным позади подающего колеса.
Применение станков этих типов не устраняет обжига жил
и ручной труд по разделке и снятию стальной ленты и оболоч-
ки с разрезанных кусков кабеля. Станки Донецкого завода ис-
пользуют для разделки кабеля диаметром 20—80 мм, и они обес-
печивают производительность 0,6—0,8 т/ч. Станки, разработан-
ные институтом, выпускаются двух типов: I и II. Станок типа1
предназначен для разделки кабеля диаметром 15—60 мм, а типа
II — 50—150 мм, обеспечивая при этом производительность 300
и 500 т/год соответственно. Подробное описание таких станков
приведено в [3, 6].
Станок для разделки сталеалюминиевого провода разработан
на Щербинском заводе (рис. 4.9), и его применяют для извле-
чения из провода стального сердечника. Заготовленный отрез-
Заказ № 215
98
Гл. 4. Разделка лома и отходов алюминия
Рис. 4.9. Станок для разделки сталеалюминиевого провода.
1 — упорная стойка; 2 — фильерное отверстие; 3 — намоточный барабан; 4
редуктор; 5 — двигатель; 6 — рама.
ками по 10—15 м провод с одного конца на участке 400—500 мм
разделывают вручную, затем оголенный стальной сердечник
протягивают через фильерное отверстие в упорной стойке и
закрепляют на коническом намоточном барабане. При враще-
нии барабана на него наматывается сердечник, а алюминиевые
жилы, удерживаемые упорной стойкой, направляются на паке-
тирование. Производительность станка зависит только от диа-
метра кабеля, так как скорость намотки сердечника постоянна
и составляет 0,16 м/с.
Линия разделки лома и отходов кабеля (рис. 4.10) предназ-
начена для переработки кабеля в резиновой оболочке, статор-
ных обмоток электродвигателей, небронированного кабеля в
тканевой и полимерной изоляции и алюминиевого кабеля с алю-
миниевой оболочкой. Она включает оборудование для дробле-
ния кабеля, магнитной сепарации дробленого продукта, пнев-
матической трехстадийной сепарации, контрольной классифи-
кации материала.
Кабельный лом мерными кусками по 500—2000 мм вручную
по 2—4 куска в минуту подается в дробилку, откуда раздроблен-
ный на куски с полностью раскрытыми жилами выгружается на
ленточный транспортер. После извлечения железа дробленая ка-
бельная масса задается в течку пневматического классификато-
ра, и при этом основная масса изоляционных материалов воз-
душным потоком выдувается в бункер для изоляции. Весь осталь-
4.3.
Разделка лома и отходов кабельной продукции
99
Рис. 4.10. Линия разделки лома и отходов кабеля.
1 — дробилка; 2 — железоотделитель; 3 — ленточный конвейер; 4 — труба
I стадии сепарации; 5 — бункер для изоляции; 6 — короб для металла; 7 —
вентилятор; 8— труба II стадии сепарации; 9 — разгрузочный желоб желе-
зоотделителя.
ной материал роторным забрасывателем подается в вертикаль-
ную трубу первой стадии воздушной сепарации, где легкая фрак-
ция увлекается воздушным потоком вверх, а тяжелая падает в
разгрузочный бункер сепаратора. Увлеченные воздушным пото-
ком более легкие продукты кабеля вторым роторным забрасыва-
телем подаются в следующую трубу, где процесс разделения
повторяется и в разгрузочный бункер трубы выпадает цветной
металл, не отделившийся от изоляции в первой стадии сепара-
ции. В результате разделки получают металлический концентрат
и смесь различных изоляционных материалов. На линии перера-
батывают кабели диаметром 10—150 мм, причем производитель-
ность линии по алюминиевому кабелю составляет 0,5 т/ч.
Установка для разделки проводников тока (рис. 4.11) пред-
назначена для разделки проводников тока диаметром 0,5—
10,0 мм в полимерной, резиновой и бумажной изоляции.
100
Гл. 4. Разделка лома и отходов алюминия
4.3. Разделка лома и отходов кабельной продукции 101
Рис. 4.11. Установка
для разделки про-
водников тока.
1 — дробилка; 2 —
роторный питатель;
3— грохот; 4 — воз-
душный классифика-
тор; 5 — вентилятор;
6 — ресивер.
Мотки провода по 3—5 кг загружаются в дробилку вруч-
ную, а оттуда дробленый продукт направляется в воздушный
сепаратор. Изоляционный материал подвергают классифика-
ции на грохоте с целью выделения металлической пыли. Про-
изводительность установки по алюминиевому проводу состав-
ляет 100 кг/ч.
За рубежом [2] широкое распространение получили установ-
ки системы “Alpine”, “Alpine-Lurgie” с гранулятором. “Rotoplex”,
который обеспечивает предварительное дробление кабеля на
куски до 15 мм. Дробленый материал поступает на воздушную
и магнитную сепарацию. Производительность установки состав-
ляет 1,2—1,5 т/ч медного кабеля. В Японии разработана установка
непрерывного действия для извлечения цветного металла из
проволоки и кабеля. После первичного дробления до 20—40 мм
материал поступает на вторую стадию дробления до крупности
3—12 мм. Изоляция отделяется под действием вибрации и воз-
душной сепарации. Установки имеют производительность (по
медному кабелю) 500, 1000 и 2000 кг/ч.
В [3] приведены сведения о применяемых за рубежом меха-
нических установках по разделке и переработке кабельного лома.
Безокислительный обжиг кабеля широко используется в ми-
ровой практике для переработки лома и отходов кабельной
продукции. Линия для разделки многожильных медных и алю-
миниевых кабелей в свинцовой и резиновой оболочках конст-
рукции ВНИИПвторцветмета (рис. 4.12), представляющая собой
печной агрегат, состоит из камер обжига и охлаждения, кон-
денсатора паров и горелок.
Безокислительная термообработка кабельного лома проис-
ходит в камере обжига, отапливаемой природным газом. Короб
с загруженным ломом (5—6 т) устанавливают на выкатной под,
перемещаемый лебедкой. Подача короба в печь осуществляется
попеременно с двух сторон.
При переработке кабеля со свинцовой оболочкой и битум-
ным покрытием в камере обжига вначале при температуре
200 °C происходят вытапливание битума и испарение летучих
веществ, а затем при температуре 350 °C — выплавление свинца.
Печь снабжена устройствами, обеспечивающими раздельный
слив битума и свинца. После термообработки кабель охлажда-
ют водой до температуры 200 °C и направляют на механичес-
кую разделку.
При переработке кабеля с резиновой оболочкой его выдер-
живают в камере обжига при температуре 400 °C, затем охлаж-
дают водой до 200 °C и далее выдерживают на воздухе до само-
произвольного разрушения резины. В последующем кабель под-
вергают механической разделке.
Безокислительная атмосфера в камере обжига обеспечи-
вается за счет герметизации печи и создания в ней избыточ-
ного давления (100 Па), а также дозированным расходом воз-
духа для сжигания природного газа. Образовавшиеся при об-
жиге газы, содержащие летучие вещества из изоляционных
материалов, проходят через конденсатор, а затем дожигают-
ся, благодаря чему не происходит выброса вредных веществ
в атмосферу [12].
102
Гл. 4. Разделка лома и отходов алюминия
37 400
4.3. Разделка лома и отходов кабельной продукции
103
Термообработку кабельного лома применяют и за рубежом,
используя печи, обязательным элементом которых являются
камеры дожигания. Широко известны печи “Ресо” (США) и
двухкамерная печь фирмы “Shafer Brothers” производительнос-
тью 2,3 т/ч [2].
Химические способы удаления изоляции заключаются в при-
менении солевых расплавов, растворов и органических раство-
рителей, которые не реагируют с металлом токопроводящих жил.
Так, согласно одному из способов кабельный лом помещают в
стальные корзины и погружают в расплав гидроксидов щелоч-
ных металлов при температуре 320 °C. После растворения изо-
ляции в корзинах остается чистый металл. Можно снимать изо-
ляцию с кабеля путем помещения его в автоклав с циркулиру-
ющим маслом, нагретым до температуры 230—260 °C. Для уда-
ления изоляции химическим способом необходимы сложное
оборудование, значительный расход химических реагентов, ко-
торые создают неблагоприятную экологическую обстановку, и
поэтому в России данные способы не нашли применения.
Криогенный способ переработки кабельного лома находит все
большее применение не только при переработке кабельного
лома, но и при разделке сложного автомобильного лома [2, 3],
бытовых приборов и пр.
Сущность способа состоит в обработке лома и отходов ох-
лаждающими агентами. При этом изоляционные материалы,
черные металлы, цинк и его сплавы становятся хрупкими и
легко измельчаются, а алюминий и медь остаются пластичны-
ми. Последующее разделение раздробленного продукта может
быть осуществлено применением магнитной сепарации, грохо-
чения, обогащения в тяжелых средах и т.д.
В качестве охлаждающего агента применяют жидкий азот
(температура кипения жидкого азота —195,8 °C) и смеси твердо-
го диоксида углерода ("сухой лед") с метанолом (СН3ОН). Кри-
огенные смеси диоксида углерода с другими органическими ве-
ществами (хлорметаном, этанолом, хлорэтаном) в настоящее вре-
мя не используются из-за их токсичности и высокой стоимости.
Разработанная институтом ВНИИПвторцветмет криоген-
ная установка для переработки кабельного лома смонтирова-
на в Донецком производственном объединении Вторцветмет [3]
104
Гл. 4. Разделка лома и отходов алюминия
Исходное сырьё л
Рис. 4.13. Технологическая схе-
ма криогенной переработки
неосвинцованного лома кабеля.
Сортировка
Резка '
. . .U -1-- . ' -U Ла
Охлаждение ок,
Дробление
Магнитная сепарация
М . ЛЛ ( Л-Л-
Магнитный Немагнитный
продукт продукт . ' iHA
к Металлический
. концентрат
Воздушная сепарация
п Г!
Полимерная;
фракция , (
и обеспечивает переработ-
ку до 700 т/год кабельно-
го лома. Технологическая
схема переработки нео-
свинцованного кабельного
лома показана на рис. 4.13.
В [2, 3] приведены сведения
о криогенных установках,
используемых за рубежом
для переработки кабельно-
го и других видов лома и
отходов.
Применение криоген-
ного способа переработки
различных видов вторично-
го сырья позволяет отде-
лить цветные металлы от
черных и неметаллических
материалов. Достоинством
этих установок является от-
сутствие выбросов вредных
газов в атмосферу, однако
их внедрение сдерживается высокой стоимостью жидкого азо-
та, большими затратами на теплоизоляцию аппаратуры и не-
обходимостью использования сталей, работающих при низких
температурах.
4.4. Разделка шлаков и съемов
от
1^'0
Во многих литейных цехах алюминий и алюминиевые сплавы
плавят и разливают без флюсов. Оксиды, образующиеся на по-
верхности расплава, смешиваются с пылью и грязью, зане-
сенными с шихтой, а также с частицами футеровки печи. Уда-
4.4. Разделка шлаков и съемов
105
ленная с зеркала металла такая смесь, пропитанная жидким
металлом и похожая на пену, называется шлаками или съе-
мами. К последним также относятся настыли с разливоч-
ных ковшей и пена, образующаяся при переливке жидкого
сплава. При удалении шлаков вместе с ними захватывается
значительное количество металла, достигающее 80 % от мас-
сы шлака, для извлечения которого нужна специальная тех-
нология.
Шлаки бывают двух видов — кусковатые и порошковидные.
Кусковатые шлаки представляют собой бесформенные куски
различных размеров с содержанием металла до 80 %, они не
дробятся, что затрудняет подготовку их к плавке. Порошкооб-
разные шлаки — это порошок, полученный чаще всего в ре-
зультате разложения кусковатых съемов и содержащий 10—20 %
металла. При хранении горячих шлаков они интенсивно окис-
ляются, причем концентрация металла в них уменьшается. В
случае длительного хранения, особенно на открытом воздухе,
они очень быстро корродируют и содержание металла в них
может быть близко к нулю.
Известные способы переработки шлаков можно разделить
на две группы: низко- и высокотемпературные.
Большинство низкотемпературных способов переработки
шлаков заключается в выделении корольков металла механи-
ческим путем — рассевом предварительно раздробленного и
измельченного шлака. Эти способы чаще всего используются
для переработки холодных “сухих” шлаков с содержанием
металла выше 30 %. Общий недостаток всех способов — низ-
кое извлечение металла (порядка 50—60 %) и высокая сто-
имость оборудования.
К низкотемпературным способам переработки шлаков мож-
но отнести гидрометаллургический способ, разработанный По-
дольским заводом цветных металлов совместно с институтом
ВНИИПвторцветмет, включающий в себя операции дробления,
выщелачивания хлоридов водой с последующим осветлением и
выпариванием растворов с целью возврата металла и извлече-
ния солей. Несмотря на явные преимущества — ликвидация
шлаковых отвалов — данный способ позволяет извлечь только
около 60 % металла. ,........
106
Гл. 4. Разделка лома и отходов алюминия
Большинство способов высокотемпературной обработки
шлаков заключается в извлечении металла из расплавленно-
го шлака. Одним из таких способов является отстаивание жид-
кого шлака с добавкой небольшого количества флюса. Одна-
ко этот процесс из-за небольшой разницы в плотности со-
ставляющих шлака длителен во времени и не позволяет по-
лучить хорошего разделения оксидной, металлической и со-
левой фаз.
Распространен способ переработки горячего шлака в на-
клонном вращающемся галтовочном барабане (рис. 4.14), позво-
ляющем извлекать металл до 90 %. Загруженный по течке мате-
риал при перемещении его в барабане избирательно самоочи-
щается. Более хрупкий шлак просыпается через барабанный
грохот, вмонтированный в основной кожух галтовочного бара-
бана. Более вязкий материал остается внутри грохота и благо-
Рис. 4.14. Галтовочный барабан.
1 — барабан; 2 — разгрузочная камера; 3 — привод; 4 — роликоопоры; 5 —
загрузочная течка; 6 — течки.
4.4. Разделка шлаков и съемов
107
даря наклону барабана надрешетный материал самопроизволь-
но вытекает в разгрузочную камеру. Производительность данного
барабана составляет 3 т/ч по шлаку.
Одной из разновидностей этого способа, нашедшей широ-
кое применение за рубежом, является переработка шлака во
вращающейся барабанной печи, заполненной расплавленным
флюсом, который селективно смачивает оксиды, нитриды и
другие неметаллические включения, способствуя отделению
металла от шлака. Недостаток этого способа — высокий расход
флюса, достигающий 100 % от массы шлака.
Переработку литейных алюминиевых шлаков проводят за
рубежом различными способами и системами, среди которых
наиболее распространены системы широко известной испанс-
кой компании “Реметалл”. В этой системе шлак подвергают дроб-
лению в дробилке ударного действия, а затем сушат до содер-
жания влаги 1 %. Сухой шлак разделывают на грохоте на клас-
сы +80 и —80 мм. Класс +80 мм представляет собой практичес-
ки чистый сплав и после удаления железа может быть пере-
плавлен в индукционной печи. Класс —80 доизмельчают в
шаровой мельнице с непрерывной продувкой и, очищая воз-
дух, получают фракцию+0,15 мм, которая оседает в цикло-
нах. Фракция —0,15 мм улавливается рукавными фильтрами и
идет в отвал. Мелкая фракция, полученная в шаровой мельни-
це, вместе с фракцией +0,15 мм рассеивается на виброгрохоте
на классы +1,25 и —1,25 мм. Фракция +1,25 мм содержит до 80 %
металла, а фракция —1,25 мм — всего 25—30 % металла и ис-
пользуется для образования экзотермических смесей и других
промышленных продуктов. Производительность установки дос-
тигает 15 тыс. т в год шлака, а среднее извлечение металла со-
ставляет не менее 70 %.
Горячие шлаки, получаемые при обработке алюминиевых
сплавов, являются неизбежным и неприятным фактом, созда-
ющим проблемы охраны окружающей среды, так как при их
съеме выделяются пыль и газ, а на обслуживающий персонал
воздействует высокая температура. С целью недопущения окис-
ления горячих шлаков и охраны окружающей среды за рубежом
применяется множество различных систем быстрого охлаждения
и переработки алюминиевых шлаков. Среди них широко рас-
108
Гл. 4. Разделка лома и отходов алюминия
пространены различные модификации системы AROS, разра-
ботанные австрийской компанией “Waagner-Biro”. Эта компания
представляет три основные модификации:
AROS-К, предназначенная только для охлаждения шлаков
в неокислительной атмосфере;
AROS-КМ производительностью 1 т/ч, используемая для
охлаждения и размола шлаков;
AROS-DP, предназначенная для охлаждения, размола и
классификации шлака на две фракции: +150—4(8) мм и —4(8) мм.
При этом крупная фракция содержит до 90 % сплава, а мел-
кая — около 75 %.
На рис. 4.15 представлена схема комплексной установки
AROS-DP. Снятый горячий шлак складывается в утепленную
мульду вместимостью 350—500 л, которую с помощью автопо-
грузчика транспортируют к установке. Отделившийся в процес-
се транспортировки металл собирается и затем направляется
на переработку. Мульда с горячим шлаком 1 подается на уста-
новку AROS и там автоматически прижимается к верхней час-
ти системы; при этом создается закрытая система с охладитель-
ным барабаном. С помощью дозатора небольшими порциями
шлак направляется в охладительный барабан и быстро охлаж-
дается, а благодаря закрытой системе предотвращается окисле-
ние и весь металл регенерируется.
Рис. 4.15. Схема установки AROS-DP.
1 — горячий шлак; 2 — крупная, 3 — мелкая фракция; 4 — охлаждающая сре-
да; 5 — холодный шлак; 6 — фильтр; 7 — пылевая фракция.
4.5. Пакетирование лома и отходов
109
Эта система (как и AROS-КМ) имеет размалывающий ба-
рабан, концентрично охватывающий охладительный барабан, в
котором шлаки очищаются от оксидов. Последние размалыва-
ются до пылевидного состояния 7 и выносятся из системы воз-
духом в фильтр 6. Остающаяся фракция металла после выхода
из размалывающего барабана сортируется и выгружается в виде
мелкой 2 и крупной 3 фракции. При необходимости в систему
могут быть поданы на переработку и холодные шлаки 5. Таким
образом в установке совмещены операции по охлаждению, раз-
молу и классификации полученного продукта в одной машин-
ной единице и, следовательно, нет дополнительных источни-
ков пыли. Эти системы выпускаются в двух модификациях про-
изводительностью 5,5 и 3 т/ч при расходе воды для охлаждения
горячих шлаков 2 м3/т шлака.
Отсутствие на большинстве отечественных заводов по про-
изводству первичного алюминия установок по переработке
шлаков вынуждает продавать их за рубеж, вследствие чего сни-
жаются экономические показатели заводов.
4.5. Пакетирование лома и отходов
Пакетирование проводят с целью уплотнения некомпактного
сырья в пакеты определенной массы, габаритов и плотности.
Размеры пакетов для каждого вида сырья принимают из мест-
ных условий, а плотность пакета, определяемая величиной прес-
Таблица 4.8
Характеристики пакетировочных прессоа
Модель пресса Габариты пакета, м Усилие прессо- вания, МН Производи- тельность, шт./ч Масса пресса, т
Б-132 0,3x0,4x0,6 1,о 25 8
Б-1330 0,3x0,3x0,5 1,0 75 26
ПГ-150 0,3x0,3x0,6 1,5 20 10
Б-1334 0,4x0,4x0,5 2,5 35 72
СРА-400 0,6x0,6x1,2 2,9 15 из
ПГ-400 0,4x0,5x0,6 3,9 20 87
СРА-1000 1,0x0,7x2,0 6,2 20 308
СРА-1250 1,0x0,8x0,8 11,8 45 285
110
Гл. 4. Разделка лома и отходов алюминия
Рис. 4.16. Схема и последовательность прессования на пакетир-
прессе Б-132.
1 — загрузочный короб; 2 — пресс-камера; 3 — крышка; 4 — гидропривод
крышки; 5, 6 — штоки гидроцилиндров; 7 — гидроцилиндр выталкивания.
а — загрузка сырья; б — закрытие крышки; в, г — пакетирование; д — вытал-
кивание пакета.
сового усилия и толщиной прессуемого материала, колеблется для
алюминия в пределах 1400—2400 кг/м3. Пакетированию подверга-
ют самолетный и прочий негабаритный лом, разделанный на
куски 1,2x0,05x0,4 м, отходы труб, прутков, обрези, витая струж-
ка, путанка, бытовой лом. В зависимости от усилий прессования
гидравлические пакетир-прессы разделяют на прессы малой мощ-
ности — с усилием прессования менее 2 МН (ПГ-150, Б-132,
Б-1330); прессы средней мощности — с усилием 2—5 МН (СРА-
400, ПГ-400, Б-1334) и прессы большой мощности — с усили-
ем более 5 МН (CPA-1000, СРА-1250). В табл. 4.8 приведены ос-
4.5. Пакетирование лома и отходов
111
новные технические характеристики указанных прессов, а на
рис. 4.16 — схема прессования на пакетир-прессе малой мощно-
сти типа Б-132. В настоящее время вместо этого пресса выпуска-
ются прессы Б-1330 и Б-133ОБ. Данные прессы являются типич-
ными представителями гидравлических прессов.
Загрузка лома в пресс-камеру осуществляется из загрузоч-
ного короба. Цикл прессования начинается с опускания крыш-
ки камеры прессования, и при этом выступающие за края пресс-
камеры концы металлолома обрезаются ножами, закрепленны-
ми на крышке. Пакетирование проводят в два приема продоль-
ными и поперечными штемпелями, закрепленными на штоках
гидроцилиндров, а выталкивание брикета — с помощью гид-
роцилиндра выталкивателя.
Прессы этой конструкции применяются в заготовитель-
ных участках, а на Мценском и Сухоложском заводах вторич-
ных цветных металлов работают мощные прессы СРА-1000 и
СРА-1250.
Для уплотнения сыпучей стружки крупностью менее 100 мм
после ее обезжиривания, сушки и магнитной сепарации при-
меняют брикетирование, в процессе которого исходное сырье
уплотняется до 2000—2400 кг/м3, что повышает металлургичес-
кий выход металла при переплавке.
Брикетирование выполняют на гидравлическом прессе
Б-654 с усилием прессования 630 т [3] или на импульсном бри-
кетировочном прессе типа МИБ-275А [6]. При этом масса бри-
кета соответственно получается 2,0—2,5 и 10—12 кг.
''J'~ ft» v- < '.'i : ; V
НШ1 а;. Г
Глава 5
Сушка и обезжиривание вторичного сырья
Допустимое содержание влаги в шихте, поступающей на переплав,
не должно превышать 4 %, а в шлаках и флюсе — 1 %. Фактичес-
ки же в производственных условиях оно может достигать 10—15 %
и более. Поэтому металлургическому переделу вторичного сырья
предшествует операция сушки, которой подвергают стружку, лом
и кусковые отходы, флюсы, шлаки и другие продукты.
112
Гл. 5. Сушка и обезжиривание вторичного сырья
Так, технологией подготовки стружки к плавлению пре-
дусматриваются ее дробление, отсев мелочи, сушка, сепа-
рация, обезжиривание. Сушке крупнокускового материала
предшествует видовая сортировка, сушке флюсов — их дроб-
ление и т.п.
Для выполнения указанных операций применяется различ-
ное технологическое оборудование в зависимости от крупности
и влажности исходного продукта, требований к содержанию
влаги в конечном продукте и других условий.
5.1. Способы сушки я f *
Для сушки лома и различных видов отходов служат барабанные,
камерные, индукционные, радиационные и другие типы сушиль-
ных установок.
Барабанная сушилка представляет собой цилиндр длиной до
16 и диаметром до 2,2 м. Привод барабана осуществляется че-
рез венцовую пару от электродвигателя через редуктор и обес-
печивает скорость вращения 2—6 об/мин при угле наклона ба-
рабана в сторону разгрузки не более 6°. На барабане располо-
жены массивные кольца-бандажи, опирающиеся на опорные
ролики, вращающиеся в подшипниковых опорах.
Эта печь работает по принципу противотока — сырье и газы
движутся навстречу друг другу, т.е. подвод тепла осуществляет-
ся через разгрузочную часть сушила. В зависимости от вида топ-
лива — природного газа или мазута — используются соответ-
ствующие форсунки или горелки, которые могут быть распо-
ложены в торце печи или в отдельной выносной топке, из ко-
торой газы подаются в сушило. Для улучшения процессов теп-
лопередачи барабан печи внутри снабжен различного вида
насадками, способствующими перемешиванию и частичному
доизмельчению сырья.
Барабаны, применяемые для сушки вторичного сырья, от-
носятся к типу противоточных с прямым теплообменом и не-
посредственным контактом между топочными газами и мате-
риалом.
5.1. Способы сушки
113
Диаметр сушильного барабана D (м) определяется по фор-
муле [6]
Л= [0,188 : (100 — р)0,5] (Иг: ®)0,5,
где р — коэффициент заполнения барабана материалом, %;
Vr — объем газа, выходящего из барабана, м3/ч; ® — скорость
газа при выходе из барабана, м/с.
Длина сушильного барабана L (м) вычисляется по фор-
муле
L = 4 • © : (л • D1 -А),
где А = W: V — напряжение барабана по влаге, которое можно
принять равным (кг/(м3 • ч)): для флюсов — 35—40, для струж-
ки — 25—30, для шлама — 110—120; W — количество испаря-
емой влаги, кг/ч; V — внутренний объем барабана, м3.
Температура газов на входе в сушильную печь составляет
700—800 °C, на выходе из нее — 250—400 °C, удельный расход
тепла 4,0—8,0 кДж/кг и электроэнергии 25—65 кВт-ч/т.
Ниже приводится характеристика сушильных барабанов,
используемых для сушки алюминиевой стружки [3]:
Длина барабана, мм
Диаметр барабана, мм
Скорость вращения барабана, об/мин
Содержание влаги в исходном сырье, %
Влажность сухого материала, %
Температура материала на выходе, °C
Температура газов, °C: ;
на входе
на выходе ;
Производительность по сухому мате- «
риалу, т/ч
Удельный расход условного топлива, кг/ч
8000-16000
1200-2200
3-6
(i До 20
•г 4
= До 200 1
700
250-300 /
2,5-5,0 1
25-30
Сушилка индукционная барабанная предназначена для суш-
ки мелкозернистого материала (дробленого флюса) крупностью
До —10 мм и представляет собой футерованный барабан с на-
ружной трехфазной обмоткой переменного тока (рис. 5.1). Об-
мотка индуктора изолирована от барабана листовым асбестом,
8 Заказ № 215
5.1. Способы сушки
115
и ее концы выведены на токосъемное устройство. Угол наклона
барабана, а следовательно, производительность сушилки регу-
лируются винтовым домкратом. Передвижению материала спо-
собствует система лопаток, приваренных к внутренней поверх-
ности барабана.
Пары воды и воздуха из барабана удаляются дымосо-
сом через отверстие в соединительном устройстве между пита-
ющим шнеком и вращающимся барабаном. Содержание класса
—0,5 мм (при крупности кусков в питании не более 10 мм) дол-
жно быть не более 3 %, а содержание влаги — не более 10 %.
Для сушки стружки данная конструкция не пригодна. Техничес-
кая характеристика индукционной сушилки приведена ниже [6]:
Производительность сушилки, т/ч 2,0—2,5
Влажность конечного продукта, % 1
Угол наклона сушилки, град До 3,5
Скорость вращения сушилки, об/мин 0,25—0,50
Камерная сушилка предназначена для сушки кускового лома
и отходов перед их загрузкой в плавильную печь для снижения
содержания свободной влаги в сырье до 3—4 %. Общий вид од-
ной из возможных конструкций камерного сушильного агрега-
та [6] приведен на рис. 5.2.
Сушильная камера размером в плане 4,1x5,0 м выполнена
из огнеупорного кирпича. По полу камеры проложены рельсы,
по которым с помощью бесконечной цепной тяги передвига-
ются вагонетки с сетчатыми корзинами, заполненными метал-
лическим ломом. Время сушки зависит от крупности, влажнос-
ти и массы материала и примерно равно 1 ч. По окончании суш-
ки двери камеры гидроприводом открываются, вагонетки цеп-
ной тягой выкатываются из камеры и одновременно в камеру
закатывается вторая пара вагонеток, двери закрываются и про-
цесс сушки повторяется. При общей емкости сетчатых корзин
около 10 м3 производительность камеры составляет 2,5—3,0 т/ч.
Рис. 5.1. Сушилка индукционная.
1 — токосъемник; 2 — редуктор; 3 — зубчатая передача; 4 — опорный ролик;
5 — бандаж; 6 — барабан; 7 — труба для удаления паров; 8 — течка; 9 — шнек;
10 — рама; 11 — винтовой домкрат.
116
Гл. 5. Сушка и обезжиривание вторичного сырья
А=А 5
6035
Рис. 5.2. Сушилка камерная.
1 — привод дверей; 2 — сушильная камера; 3 — каркас камеры; 4 — форсунка;
5 — топка; 6 — смесильная камера; 7 — газоход; 8 — цепная тяга; 9 — привод
цепей.
5.2. Обезжиривание и сушка стружки
117
Сгорание топлива (мазута или газа) происходит в топке, где
температура достигает 1500 °C. Горячие газы смешиваются с
холодным воздухом и при температуре около 400 °C по газоход-
ным каналам подаются под тележки с корзинами. Отработан-
ный воздух вместе с влагой при температуре 200 °C дымососом
через отверстие в своде выбрасывается в атмосферу. Регулиро-
вать температуру можно путем изменения подачи топлива в печь
или подачи воздуха в смесильную камеру.
< 5.2. Обезжиривание и сушка стружки
Стружка составляет самую большую группу вторичного алю-
миниевого сырья, и ее доля в общем количестве лома и отхо-
дов может достигать 40 % и более. Как показано в разд. 1.2, в
зависимости от химического состава, термообработки заготов-
ки, вида режущего инструмента форма и размеры отдельных
частиц стружки могут быть различными. С точки зрения под-
готовки к плавке стружка делится на сыпучую и вьюнообраз-
ную, смешанную и однородную. При обработке заготовок алю-
миниевая стружка загрязняется железом вследствие истира-
ния режущего инструмента и обработки железоалюминиевых
заготовок, а также случайными частицами железа из-за небреж-
ности персонала, и поэтому содержание железа может дости-
гать 30 %. Кроме того, стружка загрязняется эмульсией и мас-
лом, которые используются при обработке сплавов на станках
в виде смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ). При хране-
нии ее на открытом воздухе содержание масла и влаги может
достигать 20—30 %. Чтобы получить высокие технико-экономи-
ческие показатели при переработке стружки, ее необходимо
очистить от влаги, масла и других механических примесей, а
для полноты извлечения железа и увеличения удельной насып-
ной массы вьюнообразную стружку подвергают дроблению.
Учитывая большой удельный вес стружки в общем балансе
лома и отходов, для ее подготовки к плавке применяют спе-
циализированные линии, I» / г ц j 1
118
Гл. 5. Сушка и обезжиривание вторичного сырья
Первичной операцией обработки стружки является ее дроб-
ление с помощью агрегатов, описанных в разд. 4.2.2. Последу-
ющие операции обработки дробленой стружки проводят на
линиях обезжиривания и сушки, которые делятся на линии
гидрохимического и термического обезжиривания.
Гидрохимическая очистка заключается в промывке струж-
ки горячим (60—80 °C) щелочным раствором в шнековых сме-
сителях или центрифугах. После обработки щелочным раство-
ром в стружке остается не более 0,2 % влаги и масла. Раствор
щелочи после очистки от твердых частиц и масла возвра-
щают в процесс, а стружку направляют на дальнейшую пе-
реработку. Поточная линия гидрохимического обезжирива-
ния стружки, разработанная во ВНИИПвторцветмете, про-
изводительностью 3—5 т/ч подробно описана в [6]. Следует
отметить громоздкость этой схемы, наличие дорогого и слож-
ного оборудования, в связи с чем она не нашла широкого
применения.
Линии термического обезжиривания и сушки стружки неза-
висимо от используемого основного и вспомогательного обору-
дования включают следующие технологические узлы:
— приема сыпучей и дробленой стружки. Габариты и емкость
приемного устройства (при объемной насыпной массе алюми-
ниевой стружки, равной 0,07—0,19 т/м3) должны обеспечить
возможность загрузки стружки грейфером и часовую непрерыв-
ную работу сушильного агрегата;
— предварительного грохочения сырья для отделения нега-
баритных включений и посторонних предметов перед сушкой.
Для этой цели используются вибрационные или другие типы
грохотов;
— обезжиривания и сушки стружки. Данный участок состо-
ит из барабанного сушила с камерой дожигания масляных и
других возгонов и системы газопылеулавливания;
— контрольного грохочения и отсева окалины и других от-
ходов;
— электромагнитной сепарации, предназначенный для уда-
ления из стружки ферромагнитных включений.
Транспортные межузловые операции в линиях осуществля-
ются с помощью течек, конвейеров, элеваторов и пр.
5.2. Обезжиривание и сушка стружки
119
Вне зависимости от
конструкции и компо-
новки оборудования
линия сушки долж-
на удовлетворять следу-
ющим требованиям:
влажность стружки пос-
ле сушки должна быть
не более 1 %, содержа-
ние (%): СОЖ - до
0,4, железа — не более
0,2, пыли и землистого
засора — не более 1.
На рис. 5.3 приведе-
на линия обезжирива-
ния и сушки алюмини-
евой стружки, применя-
емая на заводах по пере-
работке лома цветных
металлов. Исходная сы-
пучая и дробленая
стружка подается в бун-
кер, откуда пластинча-
тым питателем поступа-
ет на грохот предвари-
тельного грохочения.
Надрешетный продукт
идет на дальнейшую пе-
реработку, а подрешет-
ный (крупностью 50—
100 мм) — в приемный
башмак элеватора и на-
правляется в сушильный
барабан, где подвергает-
ся обезжириванию и
сушке при температуре
350—400 °C. Под дей-
ствием внутренней спи-
Рис. 5.3. Линия обезжиривания и сушки алюминиевой стружки,
бункер; 2 — пластинчатый питатель; 3 — грохот; 4, 8 — элеватор; 5 — сушильный барабан; 6 — течка;
барабанный грохот; 9 — железоотделитель; 10 — скребковый конвейер.
120
Гл. 5. Сушка и обезжиривание вторичного сырья
ральной насадки и благодаря уклону барабана высушенная стружка
подается на грохот для отсева окалины, землистых отходов, ме-
таллической пыли класса —3 мм, которые отправляются потреби-
телю. Надрешетный продукт элеватором поступает в приемную
воронку электромагнитных сепараторов. Топочные газы при тем-
пературе около 200 °C вместе с парами воды, масел и пылью на-
правляются в камеру дожигания, затем в систему пылегазоочист-
ки и после этого выбрасываются в атмосферу. Электромагнитный
сепаратор после контрольной перечистки выдает товарную про-
дукцию, очищенную от железа. Все остальные модификации ли-
ний не имеют принципиальных отличий от вышеописанной.
Существенные недостатки таких линий — заметное окис-
ление стружки в процессе обезжиривания и сушки и выделе-
ние дыма в атмосферу. Поэтому большой интерес представляет
разработанная английской компанией “Невель Дунфорд” уста-
новка типа “Интал”.
1 — бункер; 2 — тарельчатый питатель; 3 — питатель; 4, 9 — вентилятор г .
первичного воздуха; 5, 14 — форсунки; 6 — вентилятор вторичного воз-.}
духа; 7 — камера дожигания; 8 — дымовая труба; 10 — газоход; 11 —
термопара; 12 — камера нагрева; 13 — венцовая шестерня; 15 — венти- *,
лятор первичного воздуха; 16 — опорные ролики; 17 — привод; 18 —
разгрузочная камера; 19 — течка. ..
5.2. Обезжиривание и сушка стружки
121
Безокислительная установка обжига стружки (рис. 5.4) снаб-
жена холодильником и камерой дожигания и представляет со-
бой горизонтальный барабан, состоящий из трех секций: пер-
вая обогревается снаружи газами, образующимися в камере от
сжигания топлива, вторая имеет тепловую изоляцию в виде
шамотной футеровки и третья секция не имеет футеровки. Ка-
мера дожигания выполнена в виде цилиндра, футерованного
шамотным кирпичом, и сообщается с первой зоной барабана
газоходом. В ней установлена форсунка для сжигания топлива с
регулируемой подачей вторичного воздуха. Сушилка и камера
дожигания работают на естественной тяге от дымовой трубы.
Мокрая стружка подается в сушилку питателем, над кото-
рым установлена система орошения водой и маслом. В установ-
ке стружка подвергается трем стадиям обработки: косвенный
нагрев с дистилляцией масла и испарением влаги; непосред-
ственный нагрев; охлаждение стружки.
Зона косвенного нагрева обогревается внешней топкой, свод
которой имеет прорези для распределения тепла по длине бара-
бана. Тепло от сжигания топлива нагревает стружку в первой зоне
барабана в восстановительной атмосфере. Топочное устройство
обеспечивает нагрев барабана до температуры, достаточной для
испарения влаги и масла из стружки, не допуская ее перегрева.
Вторая зона не имеет внешнего обогрева, но тепла, накоп-
ленного стружкой, достаточно для окончания процесса сушки.
Третья зона барабана — холодильник — продувается возду-
хом. После охлаждения стружки воздух поступает во вторую зону,
из которой он уносит в первую зону пары масел и воды, где
пары масла частично сгорают, а их остаток полностью сгорает
в камере дожигания.
Сушилки “Интал” выпускаются следующих типоразмеров:
Длина, мм ' 5182 7315 9144 10 668 f
Диаметр, мм 1067 1371 1702 1981 .
Температура в первой зоне 400—450 °C, во второй — 250, в
камере дожигания — 730—750 °C. Помимо указанных достоинств,
эти установки в зависимости от их размеров позволяют утили-
зировать тепло (0,4—5,0) • 103кДж/ч.
МЕТАЛЛУРГИЧЕСКАЯ ПЕРЕРАБОТКА ЛОМА
И ОТХОДОВ АЛЮМИНИЯ 1
- ’Г. ,»'
> \?:а 3 ' " >•!' ' 43 *
_> - здазяз,!. , ww,> и : ’
I 1
Зг>.
r'f ЗЖ»
После предварительной подготовки лом и отходы подвергают-
ся переработке в соответствующих плавильных агрегатах.
Рассмотрим классификацию тепловых агрегатов. Все суще-
ствующие плавильные печи, используемые для переработки лома
и отходов алюминия, по методу нагрева можно подразделить на
две основные группы:
— топливные,
— электрические.
К первой группе относятся печи, обогреваемые газом или
мазутом, ко второй — обогреваемые электроэнергией.
Плавильный агрегат выбирают на основе экономических
расчетов с учетом конкретных условий производства. Практически
лом и отходы алюминия и его сплавов можно плавить в любой
печи, так как температура их плавления невысока. Однако вслед-
ствие специфики плавки вторичного сырья целесообразнее ис-
пользовать тот тип печи, который позволяет переплавлять сырье
с наименьшими потерями, высокой степенью извлечения и наи-
меньшими материальными и энергетическими затратами.
Практический опыт по переработке вторичного алюминие-
вого сырья, накопленный в мировой практике, позволил опре-
делить основные тенденции в развитии и совершенствовании
тепловых агрегатов и их условную классификацию.
Топливные печи в зависимости от вида рабочего простран-
ства разделяются на тигельные и ванные. Последние, в свою
очередь, могут быть стационарные, поворотные и вращающиеся.
Электрические печи по способу превращения электрической
энергии в тепловую делятся на печи сопротивления и индукци-
онные.
Печи сопротивления по форме рабочего пространства подраз-
деляются на тигельные и камерные, а индукционные печи в зависи-
мости от наличия сердечника делятся на тигельные и канальные.
6.1. Тепловые явления
123
Основными показателями, характеризующими эффектив-
ность работы плавильных агрегатов, являются:
— степень извлечения металла в готовую продукцию и ве-
личина безвозвратных потерь его;
— удельный расход энергии на 1 т выплавляемого сплава;
— производительность;
— капитальные затраты на сооружение плавильного комп-
лекса;
— возможность механизации и автоматизации плавки.
Несмотря на большое разнообразие оборудования, использу-
емого для переработки вторичного сырья, имеются общие вопро-
сы, которые и являются предметом рассмотрения в данной главе.
им»,-
л Г л а в а 6
Основы плавки алюминия
Металлургические процессы в плавильной печи, связанные с
плавкой шихтовых материалов, растворением лигатур, усредне-
нием химического состава расплава и доведением его темпера-
туры до заданного значения, как правило, заключаются в пе-
реносе тепла и вещества. Этим главным процессам в ванне со-
путствуют и другие [13], связанные со взаимодействием метал-
ла с атмосферой, флюсами и футеровкой печи, загрязнением
металла неметаллическими примесями и водородом. Основные
процессы в печи по своей природе можно отнести к теплофи-
зическим, а сопутствующие — к физико-химическим.
6.1. Тепловые явления
Температура плавления чистого алюминия равна 660,37 °C, а
его сплавов значительно ниже и для эвтектического силумина
составляет только 562 °C. При сравнительно низкой темпера-
туре плавления алюминий обладает высокими значениями
скрытой теплоты плавления (391,2 кДж/кг, или 93,3 ккал/кг)
и теплоемкости, как в твердом (1,033 кДж/(кг-°С), или
124
Гл. 6. Основы плавки алюминия
Рис. 6.1. Зависимость измене-
ния энтальпии алюминия от
температуры.
0,247 ккал/(кг- °C)), так и в
жидком (1,63 кДж/(кг-°С),
или 0,390 ккал/(кг- °C) —
при температуре плавле-
ния) состоянии. Поэтому
для плавки алюминия тре-
буется большое количество
тепла. Например, для нагре-
ва алюминия до 700 °C не-
обходимо вдвое больше
тепла, чем для нагрева та-
кого же количества меди до
температуры 1100 °C, или
немного более, чем для на-
грева такого же количества
стали до 1600 °C.
Количество тепла, расходуемого на нагрев, плавление и
перегрев расплавленного металла до заданной температуры,
можно определить с помощью диаграммы (рис. 6J) как разность
энтальпий в заданном диапазоне температур [13].
Процесс теплообмена в печи заключается в передаче тепла
от источника энергии к металлу для его нагрева и плавления
путем радиации, конвекции и теплопроводности. Как правило,
эти три вида действуют совместно, но роль каждой составляю-
щей существенно меняется в зависимости от конструкции печи
(рис. 6.2).
В отражательной пламенной печи (широко используемой
для переплавки лома и отходов алюминия) шихта нагревается
при лучеиспускании от раскаленных стен и свода печи, а так-
же при непосредственном соприкосновении металла с печны-
ми газами (см. рис. 6.2, а). Поэтому металл, загруженный на
сухую подину, нагревается только снаружи и, несмотря на
высокую теплопроводность алюминия, шихта в печи прогре-
вается крайне неравномерно. После образования на подине слоя
6.1. Тепловые явления
125
Рис. 6.2. Плавка шихты в печах различного типа.
а — на сухой подине в отражательной печи; б — в отражательной печи с ван-
ной жидкого металла; в — в тигельной и г — в индукционной канальной печи.
жидкого металла (см. рис. 6.2, б) процесс плавления ускоряет-
ся и снизу за счет передачи тепла. Опыт работы отражатель-
ных печей, оборудованных устройствами для перемешивания
расплава, показывает, что производительность плавки возрас-
тает на 10—30 %. Следует отметить, что высокая отражатель-
ная способность алюминия (он поглощает всего 10 % лучис-
той энергии, тогда как медь — 30, а железо — 42 %) делает
малоэффективным радиационный нагрев при плавке сплавов
в отражательных печах.
Жидкий металл нагревается через открытую поверхность,
причем тепло от верхних слоев металла к нижним передается
только благодаря теплопроводности металла, поскольку верхние
слои металла, имеющие меньшую плотность, не могут опустить-
ся вниз, так что конвекционных потоков металла в ванне не
образуется. Наличие на поверхности металла оксидной пленки
или слоя флюса резко замедляет процесс плавки, вследствие
чего происходят дополнительные потери металла за счет его
126
Гл. 6. Основы плавки алюминия
окисления. Поэтому при плавке мелких отходов (стружка, мел-
кий шлак) практикуют их загрузку в ванну с предварительно
наплавленным металлом.
При плавке металла в тигельной печи условия нагрева ме-
талла значительно лучше, чем в отражательной печи, так как
он нагревается через дно и стенки тигля. Скорость подведения
тепла к металлу Н зависит от его поверхности S, отнесенной к
его объему V: . •
Я=50,5. ИО.ЗЗ_
Для тигельных печей оно составляет 2—3, а для пламен-
ных — 1,5—3,0. Благоприятные условия нагрева создаются при
конвекционном движении металла, нагревающегося снизу и
с боков.
Процесс плавления алюминиевых сплавов существенно ус-
коряется при погружении шихты в расплав, когда одновремен-
но с прогревом шихты идет ее растворение в металле.
Особенно хорошо плавится металл в индукционных элек-
трических печах — за счет тепла, создаваемого в самом метал-
ле, и за счет тепла жидкого перегретого металла. При этом
жидкий металл хорошо перемешивается не только благодаря
конвекции, но и вследствие взаимодействия магнитного поля
с наведенным в металле током.
Если плавка ведется с применением флюсов, то на их на-
грев и расплавление также расходуется большое количество
тепла. Например, для нагрева и расплавления флюса, состоя-
щего из равных частей хлористого калия и хлористого натрия,
требуется столько же тепла, сколько нужно для расплавления
равного им по массе количества алюминия.
Следует иметь в виду, что при переплаве алюминия его
испарение незначительно, но применяемые при этом флюсы
испаряются интенсивно, что помимо расхода энергии и мате-
риалов создает ряд экологических проблем. Потери от испаре-
ния при плавке зависят от давления насыщенного пара данно-
го элемента: чем оно выше, тем больше потери от испарения.
Все элементы, присутствующие в алюминии в виде лигатуры или
примеси, в зависимости от давления насыщенного пара [13]
можно разделить на две группы (рис. 6.3). Элементы первой труп-
6.1. Тепловые явления
127
300 400 500 600 700 900 1ООО 2000 3000 Т. К
О 100 200 400 600 800 1000 2000 t.C
Рис. 6.3. Зависимость давления насыщенного пара элементов от тем-
пературы.
пы (Be, Си, Сг, Fe, Ni, Ti, Si, V, Zr) обладают меньшим по
сравнению с алюминием давлением насыщенных паров. Для
второй группы (Мп, Li, Mg, Zn, Na, Cd) это давление выше,
чем у алюминия. Вот почему при приготовлении сплавов следу-
ет ожидать в первую очередь потерь именно второй группы ме-
таллов и тем больших, чем ниже температура их кипения. Бо-
лее подробные сведения о потере металлов испарением можно
найти в [13].
Если при сплавлении алюминия с другими металлами об-
разуются химические соединения или твердые растворы, то
реакции идут с выделением большого количества тепла, что
приводит к перегреву расплава. Например, при сплавлении
алюминия с медью и образовании А1Си2 выделяется
22 190 кДж/кг, или 5300 ккал/кг. Такой же эффект происходит
при получении эвтектических сплавов, например алюминия
с кремнием.
Поведение элемента при растворении жидкого алюминия
определяется диаграммой состояния данного элемента с алю-
минием. Растворение компонентов идет всегда успешнее при
наличии в системе легкоплавкой эвтектики и затруднено в си-
стемах с перитектическим превращением, особенно при боль-
128
Гл. 6. Основы плавки алюминия
шой разнице в температурах плавления (например, для сис-
тем Al—Ti, Al—Zr, Al—W, Al—Nb и др.). В системах алюминия
с Mg, Zn, Си, Li, которые относятся к системам эвтектичес-
кого типа с близкими температурами плавления компонентов,
растворение проходит без особых затруднений. Если компонен-
ты в системах имеют резко различающиеся температуры плав-
ления (Al—Si, Al—Fe, Al—Be и др.), растворение идет медлен-
нее и требует большего перегрева расплава. Для более туго-
плавких, чем алюминий, металлов силы сцепления препятству-
ют разрушению кристаллической решетки и их растворение
идет медленно. Однако исследованиями [13] установлено, что
скорость усреднения сплава зависит не столько от скорости ра-
створения тугоплавких металлов, сколько от скорости диффу-
зии этих металлов в расплаве. То есть лимитирующим факто-
ром при растворении тугоплавких металлов в алюминии явля-
ется коэффициент их диффузии в алюминии, величина кото-
рого при 700 °C составляет (см2/с): Ti — 0,66; Мо — 1,38; Со —
0,79; Ni — 1,44; Si — 14,4. Трудность растворения в алюминии
тугоплавких элементов вызывает необходимость применения
лигатур, при приготовлении которых ограничивают содержа-
ние тугоплавкого элемента для снижения температуры процесса
и уменьшения безвозвратных потерь. Использованию лигатур
благоприятствует перемешивание расплава, например, в ин-
дукционных печах. - ч
•W if' - i Г ’ 'Л
6.2. Поверхностные явления г &
Вещества, находящиеся в печи, взаимодействуют через повер-
хности соприкосновения. Поэтому такие процессы, как адсор-
бция на границе раздела расплавленных фаз, отделение метал-
ла от шлака, диспергирование металла в шлаке, впитывание
элементов расплава в футеровку печи, избирательное поглоще-
ние футеровкой компонентов флюса, можно объяснить только
взаимодействием поверхностных сил.
Особые свойства верхнего слоя алюминия в ванне опреде-
ляются поверхностным натяжением, в результате чего часть
молекул среды, граничащей с поверхностью жидкости, будет
6.2. Поверхностные явления
129
прилипать к поверхности расплавленного алюминия, т.е. наблю-
дается адсорбция. Именно благодаря адсорбирующему действию
флюсов достигается лучшее слияние капель металла при плав-
ке алюминиевого вторичного сырья, о чем более подробные
сведения представлены в разд. 6.6. Это же явление лежит в ос-
нове очистки металла от неметаллических включений, оксидов
и других твердых примесей.
Поверхностное натяжение в растворе обнаруживается в том,
что концентрация раствора в объеме и на поверхности жидко-
сти изменяется даже при незначительных добавках некоторых
веществ в сплав или во флюс. Если жидкий металл граничит не
с газом, а с твердым телом или жидкостью (оксид алюминия
или жидкий флюс), адсорбция проявляется в виде смачивания,
которое тем лучше, когда поверхностное натяжение этой жид-
кости на границе с твердым телом меньше поверхностного на-
тяжения жидкости с собственным насыщенным паром. Однако
смачивание твердого тела жидкостью зависит от поверхностно-
го натяжения самой жидкости, и от этого зависит, например,
проникновение жидкости в поры футеровки, что приводит к ее
расклиниванию и разрушению.
В нерастворимых жидкостях или при наличии твердых ча-
стиц в жидкости нерастворимые частицы могут слипаться (ко-
агулировать), если их притяжение между собой больше при-
тяжения к молекулам жидкости, и наоборот, если притяже-
ние к молекулам жидкости больше, то частицы будут размель-
чаться (диспергировать). Изменяя поверхностное натяжение
жидкости путем регулирования температуры, добавкой по-
верхностно-активных веществ и др., можно изменить степень
коагуляции или диспергирования нерастворимого вещества в
жидкости.
Добавки меди и кремния к алюминию заметно снижают
его поверхностное натяжение, а добавки магния практичес-
ки не оказывают влияния. Растворенный в алюминии и алю-
миниево-кремниевых сплавах водород уменьшает поверхност-
ное натяжение, а в других алюминиевых сплавах увеличивает
его. Наличие в сплаве посторонних включений и оксидная
пленка на поверхности сплава повышают поверхностное на-
тяжение.
9 Заказ № 215
130
Гл. 6, Основы плавки алюминия
6.3. Субсоединения алюминия
В обычных условиях алюминий — трехвалентный элемент, од-
нако имеют место и соединения низших валентностей (субсое-
динения), которые играют важную роль в металлургических про-
цессах. Так, с участием субсоединений протекают процессы
электролитического получения алюминия, его рафинирования
и плавка с флюсами, составленными из солей. Последние два
процесса применяют и в производстве вторичного алюминия [4].
Рассмотрим процесс образования и свойства субсоединений
алюминия подробнее.
Возможность образования субсоединений алюминия объяс-
няется строением его атома. Из 13 электронов, имеющихся на
электронной оболочке, 10 прочно связаны в слоях К и L и 3
электрона находятся на внешнем (валентном) Л/-слое: два на
35-орбите и один на Зр-орбите (табл. 6.1).
В обычных условиях нейтральный атом алюминия теряет все
три внешних электрона (слой М} и превращается в трехвален-
тный ион А13+. При определенных энергетических условиях ней-
тральный атом алюминия может терять один Зр-электрон, пре-
вращаясь в одновалентный ион А1+, или Зр-электрон и один из
З^-электронов, превращаясь в двухвалентный ион А12+. Потен-
циалы ионизации, являющиеся мерой энергетической связи
'3 ,г.
Таблица 6.1
Основные характеристики атома алюминия
Слой К L м
Уровень 15 1s 2р 35 Зр 3d
Число электронов 2 1 6 2 1 —
Таблица 6.2
Потенциалы ионизации в атоме алюминия
Образующийся ион АГ А12+ А1’+
Потерянные электроны Зр Зр, 35 Зр, 35р 352
Q Потенциал ионизации, кДж/(кг • атом) х 103 573,9 1792,9 2730,3
Потенциал ионизации, ккал/(кг • атом)* 103 137,3 430,6 652,1
6.3, Субсоединения алюминия
131
электронов в атомах, приведены в табл. 6.2. Большая разница
между первым и вторым потенциалами ионизации свидетель-
ствует о том, что в атоме алюминия Зр-электрон удерживается
значительно слабее, чем каждый из 35-электронов, в связи с
чем получение одновалентного иона более вероятно. Одновален-
тный алюминий и его соединения образуются при высоких тем-
пературах при взаимодействии металлического алюминия с его
соединениями нормальной валентности:
4 и
2А1 + А1Х3 о ЗА1Х.
Соединения одновалентного алюминия существуют в газовой
фазе (в инертной атмосфере или вакууме), а также в расплавлен-
ных солях. С понижением температуры эти субсоединения распа-
даются на трехвалентный алюминий и соединения нормальной
валентности. В отличие от нормальных соединений субсоединения
с повышением температуры становятся более устойчивыми.
В настоящее время известны соединения одновалентного
алюминия с F, С1, Вг, О, S, Se, Те, I.
Субфторид алюминия появляется в результате термической
диссоциации фторида алюминия при температуре 1500—1700 °C:
A1F3 -> A1F + F2
или при нагревании металлического алюминия с фторидом алю-
миния до 1000 °C и выше в токе водорода или в вакууме:
2А1 (ж) + A1F3 (тв, г) о 3A1F (г). *'
Вместо A1F3 можно применять и другие фториды (Na3AlF6,
MgF2, NaF, SiF4 и др). В этих случаях образуется газообразный
монофторид алюминия, который при охлаждении распадается
на металл и фторид алюминия.
Субхлорид алюминия получается в результате термической
диссоциации хлорида алюминия или при нагревании до 1000 °C
и выше алюминия с хлоридом алюминия (в вакууме или в токе
инертного газа):
А1С13 -> А1С1 + С12 и 2А1 (ж) + А1С13 (г) о 2А1С1 (г).
Аналогично можно получить суббромиды, субиодиды алюми-
ния; прочность моногалогенов уменьшается в таком порядке:
фтор, хлор, бром, иод. .
132
Гл. 6. Основы плавки алюминия
Субоксид алюминия появляется при температуре выше 1050 °C
при нагревании алюминия с оксидом алюминия
А1 (ж) + А12О3 = ЗА1О (тв).
Образование субоксида алюминия может происходить так-
же по реакциям:
А12О3 (ж) + 4А1 (г) = ЗА12О (г) и А12О3 (тв) + 4А1 (ж) = ЗА12О (г).
При охлаждении субоксид алюминия распадается на ок-
сид алюминия и металлический алюминий. Субоксид алюми-
ния получается и при ряде металлургических процессов, на-
пример при плавке алюминия без покровного флюса в отра-
жательных печах.
Соединения одновалентного алюминия образуются не толь-
ко в газовой фазе, но и в расплавленных солях. При взаимо-
действии, например, жидкого алюминия с расплавленными
хлоридами натрия и калия в расплаве реакция протекает сту-
пенчато:
' Al + 3Na(K)Cl = AlCl3 + Na(K), '
2А1 + А1С13 = ЗА1С1.
При охлаждении расплава субхлорид распадается на тонко-
дисперсный алюминий и хлорид алюминия. Образование суб-
хлоридов алюминия в расплавленных солях — одна из причин
потерь металла при производстве вторичного алюминия.
6.4. Окисление алюминия и его сплавов z
Взаимодействие газов с металлами складывается из трех после-
довательных процессов: адсорбции, диффузии и растворения
(или абсорбции). Кислород, как и другие газы, попадает в рас-
плав преимущественно из окружающей и печной атмосферы,
состав которой зависит от типа плавильного агрегата. Так, в
электрической печи объемная доля компонентов воздуха сле-
дующая (%): N2- 78; О2 - 21; СО2 - 0,03; Н2 - 5 • 10"5; ос-
тальное — инертные газы. В пламенных печах состав атмосферы
зависит от состава топлива, количества избыточного воздуха и
режима горения; объемная доля компонентов печной атмосфе-
6.4. Окисление алюминия и его сплавов
133
ры в плавильной печи с газовым обогревом такова (%) [13] :
N2 — 62—83; О2 — 8—15; СО2 — 3—9; СО — 2; кроме того, об-
наружено большое содержание паров воды — 30—100 г/м3.
Алюминий энергично взаимодействует со всеми газами с
выделением оксидов, нитридов и карбидов, о чем свидетель-
ствуют высокие отрицательные значения изменения энер-
гии Гиббса (Д<7°) соответствующих реакций. Так, при темпе-
ратуре 1000 °C окисление алюминия с образованием у-А12О3 про-
текает при ничтожном парциальном давлении кислоро-
да (р0 = 4,45 • 10-47 МПа). Карбиды и нитриды же получают-
ся при значительно больших парциальных давлениях, и поэто-
му их образование может происходить в крайне ограниченных
количествах.
Поскольку оксиды алюминия представляют твердую плен-
ку на металле, они возникают в поверхностных зонах, а их
количество пропорционально удельной поверхности образца.
На активность процесса окисления в первую очередь влия-
ют сродство металлов к кислороду и свойства возникающей по-
верхностной оксидной пленки. На твердом алюминии при ком-
натной температуре появляется оксидная пленка барьерного типа
толщиной 2—10 нм (в зависимости от количества примесей в
алюминии), и процесс подчиняется асимптотической зависимо-
сти. С повышением температуры от 20 до 400 °C кинетика роста
аморфного оксидного слоя подчиняется логарифмическому за-
кону; в интервале температур 450—475 °C — параболическому
закону и при 500—550 °C переходит в линейный закон.
Процесс окисления жидкого алюминия подчиняется пара-
болическому закону, и количество образующегося оксида
W1 = Kt + С. Значения коэффициентов Кк С при разных значе-
ниях температуры t составляют:
t, °с 680 700 750 800 900 1000
К- Ю’10, г • см’4 • ч’1 1,12 1,40 6,08 27,3 359 511
С- Ю’10, г-см’4 3,52 5,8 6,5 15,4 1070 1332
При технологических температурах плавки и литья алюмини-
евых сплавов толщина пленки на поверхности металла достигает
0,2 мкм, а при переходе у-А12О3 при температуре выше 950 °C в а-
134
Гл. 6. Основы плавки алюминия
Рис. 6.4. Окисление твердого и
жидкого алюминия при раз-
личных температурах, °C: 1 —
680; 2 - 640; 3 - 600; 4 - 500;
5 - 360; 6 - 250.
А12О3 окисление алюминия
замедляется. На рис. 6.4 пред-
ставлены данные о прираще-
нии массы оксида алюминия
при различных температурах,
а на рис. 6.5 показана дина-
мика окисления жидкого
алюминия при различных
температурах. Как видно,
расплавление алюминия не вызывает скачка в скорости его окис-
ления и в то же время повышение температуры жидкого алюми-
ния приводит к резкому возрастанию скорости окисления.
На характер окисления жидких сплавов большое влияние
оказывают добавки других металлов, которые изменяют за-
щитные свойства поверхностной окисной пленки. Более бла-
городные, чем алюминии,
легирующие элементы (Си,
Мп, Si, Zn, Ni, Cr, Ti, Zr)
практически не оказывают
влияния на кинетику про-
цесса. Другие же элементы
(Са, Mg, Be), характеризу-
ющиеся более высокой по
сравнению с алюминием
химической активностью по
отношению к кислороду и
служащие поверхностно-ак-
Рис. 6.5. Окисление жидкого
алюминия при различных тем-
пературах, °C: 1 — 800; 2 — 750;
3 - 700; 4 - 680.
6.5. Взаимодействие алюминия с другими газами
135
тивными добавками, селективно окисляются. Причем кальций
и магний ускоряют скорость окисления сплава по сравнению
с алюминием, а бериллий ее замедляет. Поэтому состав ок-
сидов зависит от температуры и времени выдержки расплава.
К элементам, повышающим окисляемость алюминия, отно-
сится Na (несмотря на то что он благороднее алюминия), и
его добавки в количестве сотых долей процента повышают
скорость окисления в начальный момент, а затем, по мере
его выгорания, он оказывает все меньшее влияние. Магний
резко усиливает окисляемость сплава; так, при его содержа-
нии в сплаве 11,5% окисляемость сплава в 200 раз больше
окисляемости алюминия, но добавка ничтожного количества
бериллия резко замедляет окисляемость данного сплава. Под-
робные сведения о механизме окисления алюминия и его
сплавов приведены в [4].
6.5. Взаимодействие алюминия с другими газами
Молекулы газовой среды, граничащие с металлом, прилипают
к его поверхности под действием поверхностного натяжения. Это
явление называется физической адсорбцией и наблюдается при
сравнительно низких температурах. С повышением температуры
концентрация молекул газа на поверхности металла понижает-
ся, а с повышением давления — возрастает, асимптотически
приближаясь к заполненному слою, который по толщине не
превышает толщины одной молекулы. Этот процесс полностью
обратим в отношении как температуры, так и давления.
Кроме физической адсорбции, может иметь место активи-
рованная адсорбция, которая проявляется в избирательном
притяжении отдельных газов поверхностью металла, и при
повышении температуры это поглощение увеличивается до оп-
ределенного максимума. Данный вид адсорбции обнаруживает-
ся лишь в тех случаях, когда газ и металл могут вступать в хи-
мическое взаимодействие.
Оксидные пленки, образующиеся на алюминии, обладают
высокой адсорбционной способностью и интенсивно поглоща-
ют водяные пары из воздуха, которые при нагревании металла
136
Гл. 6. Основы плавки алюминия
выше 470 °C реагируют с алюминием с выделением водорода.
Алюминий весьма энергично взаимодействует с водяным паром,
и при температуре 1000 К реакция
2А1 + ЗН2О = А12О3 + ЗН2 (6.1)
идет уже при парциальном давлении водяного пара рн =
= 2,62 • Ю-20 МПа.
На практике количество адсорбированного водорода лими-
тируется защитными свойствами оксидной пленки, и в резуль-
тате концентрация водорода в поверхностном слое 5П (см3/100 г)
описывается уравнением
•уп=^(РнЛ2’ ;;
где рно — парциальное давление паров воды, Па; К — константа
равновесия, см3/(100 г • Па0,5).
Интенсивность проникновения и степень насыщения алю-
миния водородом в последующем зависят от температуры и
диффузии атомов (ионов) водорода в объеме металла. Раство-
римость же водорода в алюминии 5 при давлении водорода 0,101
МПа (среднее парциальное давление водяного пара в воздухе)
возрастает с повышением температуры и составляет [13]:
/, °C 300 400 500 600 660(т) 660(ж) 700 800 .
5, см3/100г 0,001 0,005 0,012 0,026 0,036 0,69 0,92 1,67
Растворимость водорода в твердом алюминии при нормаль-
ных температуре и давлении, по данным Рендслея и Ньюфель-
да (цит. по [5]), описывается уравнением
log 5 = -2080 Т’1 - 0,652 + 0,51 logрщ,
где 5 — растворимость, см3/100 г алюминия; Т — абсолютная
температура; — давление, торр (1торр = 133,3 Па).
При переходе алюминия из твердого состояния в жидкое
растворимость водорода изменяется в 18,1 раза, тогда как у
меди — в 1,86, у железа — в 0,66 и у магния — в 0,45 раза.
Отношение металлов — компонентов алюминиевых спла-
вов — к водороду в значительной степени аддитивно: металлы,
не вступающие с водородом в химические реакции, незначи-
6.5. Взаимодействие алюминия с другими газами
137
| тельно влияют на растворимость водорода в сплавах с алюми-
[ нием, а кремний при кристаллизации способствует выделению
водорода из расплава. Добавки никеля и марганца уменьшают
растворимость водорода в жидком, но увеличивают в твердом
алюминии.
h Большое влияние на насыщение алюминиевых сплавов
j водородом оказывает влага. Алюминий взаимодействует с па-
! рами воды по реакции (6.1), для которой можно считать, что
Рн /Рн о = 7>3 ’ Ю14- Таким образом, даже при незначительном пар-
' циальном давлении водяных паров в атмосфере возможно боль-
шое поглощение водорода алюминием. При наличии в сплаве
магния возможно интенсивное выделение водорода за счет ре-
! акции Mg + Н2О = MgO + Н2. Отношение значений давления,
i рассчитанное по этой реакции рн /рц 0 = 1,2 • 1О20, показывает,
I что она идет во много раз активнее, чем реакция взаимодей-
!ствия водяного пара с алюминием.
Диоксид и оксид углерода в алюминии практически нера-
створимы, но при определенных условиях могут выделять ок-
сиды и карбиды.
Азот растворяется в алюминии, и в результате получаются
нитриды: на 100 г алюминия приходится 1 см3 растворенного
азота при температуре 700 °C. Растворимость нитридов в расплав-
ленном алюминии равна 0,003 % и не оказывает заметного вред-
ного влияния на него.
Сернистый газ в алюминии практически нерастворим, но
образует с ним нерастворимые соединения — сульфиды. Сер-
нистый газ особенно активно взаимодействует с хлоридами
натрия и калия в присутствии паров воды и кислорода:
2NaCl + SO2 + Н2О + 0,5О2 = Na2SO4 + 2НС1,
2КС1 + SO2 + Н2О + 0,5О2 = K2SO4 + 2НС1.
При взаимодействии сульфатов (Na2SO4 и K2SO4) с жид-
ким алюминием реакции протекают с огромным выделением
j тепла и могут сопровождаться взрывами большой разруши-
тельной силы. При плавке сплавов с применением хлорис-
; тых солей калия и натрия в качестве флюсов и при сжигании
i сернистого топлива образуются сульфаты, конденсирующие-
ся в различных частях печи и газового тракта. Алюминотер-
138
Гл. 6. Основы плавки алюминия
мические реакции, сопровождаемые взрывами, возможны при
определенных условиях — высокой концентрации сульфатов
и температуры [4].
С повышением содержания магния в сплавах активность
взаимодействия металла с сульфатами растет — перемешивание
расплава, содержащего окисленные образцы металла, приводит
к взрыву. Для предотвращения взрывов в отражательных печах
при плавке алюминия с флюсами необходимо принимать меры,
устраняющие попадание перегретого алюминия в борова и сто-
яки печей, систематически удалять накапливающиеся в печах
сульфатные отходы и не допускать повышения температуры в
стояках и боровах выше 1000 °C.
Взаимодействие газов с алюминием и его сплавами является
химическим процессом, который не всегда обусловливает обра-
зование новых веществ. Началом контакта газа с металлом (перед
последующими диффузией и абсорбцией) может быть только ак-
тивированная адсорбция, возможная лишь при химическом срод-
стве реагирующих веществ. Поэтому борьбу с неметаллическими
включениями следует рассматривать как предупреждение химичес-
кого взаимодействия между металлом и примесями.
ч
6.6. Роль флюсов при плавке алюминия >
При плавке алюминия часто применяют флюсы, которые мож-
но подразделить на защитные (покровные) и рафинирующие.
Рафинирующие флюсы и их действие описаны в гл. 9, а в этом
разделе рассматриваются только защитные флюсы, применяе-
мые с целью уменьшения потерь металла при плавке алюмини-
евых сплавов.
Плавка чушек и плотного лома возможна без участия флю-
сов, но при переработке мелкого лома и отходов с высокой
удельной поверхностью использование флюсов значительно
сокращает потери металла от окисления и способствует коагу-
ляции капель жидкого металла. Образующаяся на поверхности
металла оксидная пленка обладает большой механической проч-
ностью и сохраняет форму кусочка металла, когда последний
уже расплавился.
6.6. Роль флюсов при плавке алюминия
139
Для изоляции ванны жидкого металла от газов можно при-
менять любой флюс, менее плотный и более легкоплавкий, чем
алюминиевый сплав, и не вступающий в химические реакции
с металлом и газами. Сложнее подобрать флюс, способствую-
щий слиянию алюминия, заключенного в оксидные оболочки,
так как вследствие большой химической стойкости А12О3 вос-
становление или растворение его возможно только при исполь-
зовании фторидов.
Лучшие результаты при плавке лома и отходов алюминия
дают флюсы, состоящие из хлоридов натрия и калия. Но по-
скольку растворимость оксида алюминия в этих солях очень
мала, их благотворное влияние на извлечение металла можно
объяснить только поверхностными явлениями.
Жидкий металл в оболочке оксидной пленки, окруженный
расплавленным флюсом, можно рассматривать как две жидко-
сти, разделенные твердым телом. Под влиянием поверхностного
натяжения жидкого флюса и расплавленного металла оксидная
оболочка испытывает действие сил сцепления, противоположно
направленных: силы сцепления металла с оксидом стремятся
удержать оболочку на металле, а силы сцепления флюса с ок-
сидной пленкой стремятся разорвать ее и снять с металла. Если
силы сцепления флюса с оксидом количественно больше сил
сцепления оксида с металлом и частиц металла друг с другом,
то оболочка будет разорвана и впоследствии растворена флюсом.
Освобожденные от оксидной пленки капли металла окру-
жены жидким флюсом. Если силы сцепления молекул металла
между собой больше, чем силы сцепления металла с флюсом,
капли будут сливаться (коагулировать); в противном случае —
они будут измельчаться и рассеиваться во флюсе.
Таким образом, для слияния капель металла необходимо,
чтобы:
— поверхностное натяжение на границе фаз металл — ок-
сид стао было возможно большим (а смачивание — меньшим);
— поверхностное натяжение на границе фаз флюс — ок-
сид стфо было наибольшим (а смачивание — наименьшим);
— поверхностное натяжение на границе фаз флюс — ме-
талл стфа было большим, но в то же время не затрудняло смачи-
вание флюсом оксидов, находящихся на поверхности металла.
140
Гл. 6. Основы плавки алюминия
Эти условия можно выразить неравенством оа0 > офа > офа и
неравенством Депре оа0 > (офа + 2оф0). Величины поверхностного
натяжения о (Н/м) галоидных соединений натрия, а также хло-
ридов некоторых элементов приведены ниже:
# Соединение NaF NaCl NaBr Nal CaCl2 MgCl2 KC1
J a 0,20 0,11 0,10 0,07 0,15 0,14 0,10 4
Исследованиями [4] показано, что алюминий плохо смачи-
вает оксид алюминия, а флюс, наоборот, хорошо, причем сте-
пень смачиваемости зависит от состава флюса — лучше всего
смачивает смесь NaCl + КС1 в равных массовых отношениях.
С поверхностными свойствами солей связано и явление
дисперсии металла в солевом расплаве. Некоторые исследова-
тели [4] считают, что до 50 % всех потерь алюминия при плав-
ке и рафинировании вызывается рассеиванием его в шлаке в
виде корольков размером от 2—3 мм до нескольких микрон. В
системе NaCl—КО наиболее высокое извлечение металла на-
блюдается в расплавах, близких по составу к эвтектике. При
добавке к системе NaCl: КО = 1:1 даже незначительного ко-
личества (0,1—0,5 %) фторидов дисперсия металла весьма не-
значительна и выход металла в слиток достигает 96—99 %, так
как фториды щелочных и щелочно-земельных металлов адсор-
бируют и в небольшом количестве растворяют оксид алюминия.
В порядке возрастающей реакционной способности по от-
ношению к алюминию эти соли располагаются в ряд: BaCl, КС1,
CaF2, СаС12, BaF2, NaCl, MgF2, NaF, KF, MgCl2, A1F3. Реакци-
онная способность фторидов
калия и натрия выше, чем
хлоридов данных металлов, и
это должно учитываться при
разработке составов флюсов,
так как, например, обмен-
ные реакции с NaF будут
приводить к насыщению
Рис. 6.6. Ликвидус системы
NaCl-KCl.
6.7. Извлечение металла при плавке лома и отходов
141
.с Таб л и ца 6.3
Состав и температуре плавления солевых систем
Массовая доля компонентов соли, % t , °C пл’ Массовая доля компонентов соли, % t , °C пл’
56MgCl2 + 44КС1 487 70ВаС1, + 30NaCl - ' 654
70СаС12 + 25NaCl + 5КС1 495 85СаС12+15CaF2 655
73СаС12 + 27NaCl 505 49ВаС1, + 51СаС12 ' 658
30СаС12 + 20NaCl + 50КС1 530 73NaCl + 27NaF 675
34NaCl + 66ЫС1 550 75СаС12 + 15CaF2 + lONaCl 680
ЗЗСаС12 + 33NaCl + 34ВаС12 585 36NaF + 64A1F, 685
40СаС12 + 60КС1 590
сплава натрием, что крайне нежелательно при производстве
сплавов системы Al—Mg.
Одна из существенных характеристик флюса — его темпе-
ратура плавления. Исследование системы NaCl—КС1 показало,
что в результате взаимного растворения компонентов этой си-
стемы они образуют легкоплавкую систему при массовом соот-
ношении NaCl: КС1 =1:1 (рис. 6.6), причем при массовой доле
одного из компонентов в пределах 40—60 % температура плав-
ления смеси равна температуре плавления алюминия. Добавка
к этой смеси до 10 % криолита или до 1,25 % плавикового шпа-
та снижает температуру плавления системы до 631 и 641 °C со-
ответственно.
В табл. 6.3 приведены состав и температура плавления не-
которых солевых систем.
6.7. Извлечение металла при плавке лома и отходов
Важнейшая задача любого металлургического процесса — наи-
большее извлечение металла. При плавке алюминия эта задача
осложняется легкой окисляемостью и необратимостью реакции
окисления алюминия. Переплавка же лома и отходов алюми-
ния затрудняется еще и тем, что вторичное сырье загрязнено
землистыми примесями, маслом, влагой, различными придел-
ками, ухудшающими условия извлечения металла. Потери ме-
талла при плавке алюминия можно разделить на химические
142
Гл. 6. Основы плавки алюминия
(окисление, взаимодействие с азотом, углеродом и т.д.) и фи-
зические (потери металлического алюминия со шлаками, при-
делками и др.).
Скорость и степень окисления лома зависят от температу-
ры, продолжительности плавки, размеров частиц переплавляе-
мого металла, химического состава, состояния поверхности и
наличия примесей. Окисление алюминия прямо пропорциональ-
но температуре и времени, причем роль последнего преоблада-
ющая. Поэтому режим плавки будет оптимальным при соблю-
дении принципа — плавить горячо и быстро. При плавке лома
и отходов металл окисляется больше всего в период, предше-
ствующий расплавлению, когда температура высокая, а повер-
хность большая. Расплавленный металл может иметь более вы-
сокую температуру, но образование жидкой ванны резко умень-
шает его поверхность, которая к тому же прикрыта флюсом.
Жидкий металл окисляется очень быстро, а перемешива-
ние его только ускоряет процесс. Плотность оксида алюминия
несколько больше плотности жидкого алюминия, но благодаря
поверхностному натяжению она удерживается на поверхности
жидкого металла. Однако по мере утолщения и утяжеления ок-
сидной пленки отдельные ее куски отрываются и остаются в
жидком металле или оседают, в результате чего происходит за-
растание подины и стенок печи. Взвешенная в жидком металле
оксидная пленка ухудшает его механические и технологические
свойства, снижая предел прочности, увеличивает загазованность
металла и ухудшает процесс механической обработки деталей.
При плавке стружки и других мелких отходов прочные ок-
сидные пленки препятствуют слиянию капель жидкого металла
и на поверхности металла образуется пенообразная масса. Если
последнюю массу удалить из ванны, то на воздухе она быстро
окисляется с выделением большого количества тепла, которое
добела раскаляет съемы, и при этом весь металл окисляется.
На извлечение металла оказывает влияние и суммарная по-
верхность металла, а также ее состояние и засоренность. Повер-
хность окисления будет тем больше, чем мельче размеры пере-
плавляемых кусков металла и чем больше в нем трещин. Блес-
тящая поверхность холоднокатаного листа окисляется меньше,
чем окисленная шероховатая поверхность отливки. Поэтому при
6.7. Извлечение металла при плавке лома и отходов
143
плавке стружки и съемов получается наименьшая степень из-
влечения металла, которая еще больше снижается при наличии
влаги и масла.
Обрезки, выштамповка и другие отходы менее подверже-
ны окислению, чем съемы и стружка, но наличие на них при-
делок, краски, различных покрытий снижает степень извлече-
ния металла. Последнюю можно повысить при соответствующей
подготовке сырья к плавке — уменьшив засоренность и снизив
удельную его поверхность, т.е. отношение поверхности к его
объему. Удаление масла, влаги, краски, железных и других при-
делок — часто дорогостоящая операция, но она способствует
большему извлечению металла. Снижение содержания влаги с
10 % до нуля повышает выход металла на 1,6 % [4] и примерно
также влияет на извлечение металла и содержание масла. Резко
увеличивает степень извлечения металла и обогащение съемов
простое грохочение. Так, при плавке съемов с содержанием
металла 50 % удается извлечь только половину этого количества,
а при содержании в съемах 70 % металла извлечение его выра-
стает до 80 %. Пакетирование отходов примерно на 3 % повы-
шает извлечение металла.
Большое влияние на извлечение металла оказывает и ход
плавки. При плавке отходов и листового лома могут быть боль-
шие потери металла, если не защитить поверхность его от окис-
ления. Этого можно достичь изменением атмосферы в печи и
путем ведения плавки в жидкой ванне. В печи может быть со-
здан вакуум, инертная, восстановительная или неменяющаяся
атмосфера. Наиболее благоприятна плавка в атмосфере инерт-
ного газа (аргон, азот) или вакуума, что, однако, очень ослож-
няет плавильное оборудование и его обслуживание. Восстано-
вительная атмосфера может быть получена в результате непол-
ного сгорания топлива в рабочем пространстве печи, но при
этом алюминий сильно насыщается водородом, а извлечение
повышается ненамного. Неменяющаяся атмосфера тигельной
печи благоприятствует уменьшению потерь металла, и в насто-
ящее время это наилучший путь повышения эффективности
плавки. Широкое распространение за рубежом в последние годы
получила плавка отходов в жидкой ванне расплавленного ме-
талла с флюсами — роторные печи.
144
Гл. 6. Основы плавки алюминия
Повышению извлечения металла способствует применение
флюсов, особенно при плавке стружки и других мелких отхо-
дов. Способ введения флюсов мало влияет на степень извлече-
ния металла, а увеличение их количества положительно ска-
зывается на выходе, однако при этом снижается производи-
тельность печи и создается дополнительная загазованность в
цехе. Расход флюса зависит от типа используемой печи, вида
перерабатываемого сырья и степени подготовки флюса. В сред-
нем расход флюса в электрических тигельных печах составля-
ет 2 % от массы металла, в пламенных печах — 8, а в ротор-
ных печах — до 18 %. При плавке плотного лома расход флю-
сов снижается.
Большее влияние на извлечение металла оказывает степень
подготовки флюсов. Наличие во флюсах влаги увеличивает окис-
ление металла, а неоднородность флюсовой массы снижает их
активность.
6.8. Взаимодействие расплава с футеровкой печи
При соприкосновении расплава с футеровкой протекают реак-
ции химического взаимодействия (2А1 + ЗМеО о А12О3 + ЗМе),
которые сопровождаются разрушением футеровки и загрязне-
нием расплава шлаковыми включениями. При длительной экс-
плуатации резко изменяется состав футеровки (рис. 6.7), осо-
А12О3
МдО AI
бенно в рабочей зоне.
Большинство огнеупор-
ных материалов пред-
ставляет собой смесь ок-
сидов различных метал-
лов (Si, Fe, Сг, Са, Mg,
Al и др.). Если эти окси-
Рис. 6.7. Изменение соста-
ва футеровки печи (%) в
процессе плавки.
а — исходная футеровка; б —
футеровка печи после работы
в течение года.
6.8. Взаимодействие расплава с футеровкой печи
145
ды по теплоте образования расположены ниже глинозема, то
футеровка будет разлагаться с выделением металлов, менее ак-
тивных, чем алюминий.
Наряду с химическим взаимодействием между элементами
футеровки и алюминием, обусловленным его высокой агрессив-
ностью в расплавленном состоянии, происходят пропитывание
футеровки по трещинам и ее разрушение вследствие разницы в
коэффициентах объемного расширения металла и огнеупора при
колебаниях температуры.
Стойкость футеровки в основном определяется химическим
взаимодействием, так как изменения, происходящие с огнеупо-
рами в результате этих реакций, настолько значительны, что они
существенно изменяют способность огнеупора противостоять
всем другим воздействиям.
Влияние легирующих элементов в сплаве на кинетику вза-
имодействия алюминия с огнеупорами проявляется по-разно-
му: магний и цинк, а также кадмий и литий усиливают восста-
• И Таблица 6.4
• f Взаимодействие алюминиевых сплавов с огне-
упорами .
Система сплавов Марка , , ,, . ..
* ' j.5 .'-to - Vi tf X; 1. Наименее агрессивна} Технический алюминий А1 — Мп Al —Си, А1 — Си — Мп ' АО, АДО 4 АМН . н,м!г •,:*) дм <
2. Малоагрессивная Al - Mg - Si (Mg < 1 %) Al - Си - Mg (Mg < 1 %) Al - Си - Mg - Si (Mg < 1 %) Al - Mg (+Be) ’ -..да АВ, АД31 Д1, Д6 АК6, АК8 АМг5, АМгб •
К-A '-.Qi * 3. Агрессивная1-- Al - Си - Mg (Mg > 1 %) Al — Си — Mg — Ni (Mg > 1 %) i Al - Mg (Mg >1 %) эг Al — Mg — Zn (Mg + Zn < 7 %) :• -г ‘ ; 1>, , Д16, ВД17 АК4-1 > . -J АМг2 , АЦМ, В91 PAtiV Р.П
4. Наиболее агрессивная Al - Mg - Zn (Mg + Zn > 7 %) Al — Mg — Zn — Си (Mg + Zn > 7 %) Al - Mg - Li . рТ.Э; ХНПН 01920 В93, В95 г ’ 01420
10 Заказ №215
146
Гл, 7. Производство сплавов в топливных печах
новление глинозема; бериллий и марганец замедляют ее, а медь,
титан и цирконий не изменяют активности компонентов исход-
ного сплава (табл. 6.4).
Подробные сведения о составе и свойствах огнеупорных
материалов, применяемых в электрических индукционных пе-
чах различных конструкций и предназначенных для плавки цвет-
ных и черных металлов, а также об особенностях работы их
футеровки, приведены в [14].
Далее перейдем к рассмотрению различных типов метал-
лургических печей, используемых для переработки алюминия
и его сплавов. " :«*•>!
Глава 7 г > s
Производство сплавов в топливных печах
U « ЙШ-ГЮ,:
Тепловые устройства, предназначенные для проведения техно-
логических процессов при нагревании материалов до темпера-
туры, необходимой для получения металла и сплавов требуемых
свойств, называются металлургическими печами. Если в каче-
стве топлива выступает газ или мазут, то эти агрегаты называ-
ются топливными или пламенными печами и характеризуются
периодическим режимом работы. Для образования алюминиевых
сплавов из вторичного сырья используются топливные печи раз-
личных конструкций, основные сведения о которых представ-
лены в данной главе. *' 1 "
7.1. Технология плавки ,,
и конструкция отражательных печей
Производство вторичного алюминия в России в основном свя-
зано с одно-, двух- и трехкамерными отражательными печами
различных конструкций, которые сочетают функции плавиль-
ного агрегата и миксера для корректировки химического соста-
ва и хранения металла в период разливки. Эти печи универсаль-
7.1. Технология плавки и конструкция отражательных печей
147
ны, их используют для плавки всех видов алюминиевого лома
и отходов, и на них выплавляют до половины всех вторичных
цветных металлов [15] и около 80 % вторичных алюминиевых
сплавов [3]. Однако пламенные печи обладают существенным
недостатком: печные газы в них непосредственно соприкасаются
с поверхностью металла, вследствие чего металл интенсивно
окисляется и насыщается газами.
Отражательная печь представляет собой чашу с металлом,
накрытую сводом. В пространстве между металлом и сводом дви-
жутся раскаленные газы от сгорания топлива. Металл в печи
нагревается от соприкосновения с этими газами, но главным
образом за счет лучистой энергии, испускаемой раскаленным
сводом и частично стенками печи. Свод отражает на металл
тепло, полученное от сгорания топлива, что и определило на-
звание печи. Плавление шихты происходит тем быстрее, чем
больше разница между температурами газа и плавления шихты
и чем ниже теплоемкость последней.
По конструкции отражательные печи подразделяют на одно-
и многокамерные. В первых все операции плавки — от загрузки
шихты до выпуска готового сплава — выполняются в одной
ванне; в многокамерных печах (в основном двухкамерных) тех-
нологический процесс плавки состоит из двух стадий, осуще-
ствляющихся в разных ваннах (первая стадия — получение рас-
плава металла, вторая — доводка его до заданного химическо-
го состава и перегрев). Двухкамерные печи по общему направ-
лению движения греющих газов и металла разделяют на пря-
мо- и противоточные. В прямоточных печах первой по ходу газов
расположена плавильная камера, за ней — камера доводки спла-
ва до заданного химического состава (копильник); в противо-
точных печах камеры расположены в обратном порядке.
По характеру движения газов различают печи с прямоточ-
ным факелом, если окно дымохода расположено на противо-
положной по отношению к горелкам стороне печи, и рецирку-
ляционным пламенем, если это окно выполнено в общей с
горелками стене или поблизости от нее. Печи, оборудованные
двумя ваннами (в каждой выполняется полный цикл плавки) и
объединенные общим сводом, называют двухванными.
148
Гл. 7. Производство сплавов в топливных печах
Первая отражательная печь, предложенная П. Мартеном во
Франции, до сих пор используется для производства стали.
Спустя более полувека подобные печи нашли применение и для
плавки вторичного алюминиевого сырья.
Производительность всех пламенных печей определяется
площадью пода; чем больше поверхность контакта источника
тепла с металлом, тем быстрее идет процесс плавления; чем
меньше ванна, тем быстрее в ней нагревается металл. Необхо-
димость перемешивания расплавленного металла, вмешивания
флюсов и очистки противоположных загрузочным окнам стен
ограничивает ширину подины, которая на существующих заво-
дах составляет 2,5—3,2 м.
Увеличение высоты свода влечет за собой увеличение объема
рабочего пространства печи, а следовательно, и перерасход
топлива, необходимый для обогрева всего объема печи. Умень-
шение же может привести к тому, что дожигание топлива бу-
дет происходить не в рабочем пространстве печи, а в борове,
что также вызовет нарушение теплового режима.
Отходящие газы из печного пространства поступают через
аптейк в боров, затем в трубу и атмосферу. В качестве топлива
применяют мазут и природный газ. Неоднократные попытки
интенсифицировать процесс с помощью утилизации тепла от-
ходящих газов в рекуператорах показали их малую эксплуата-
ционную стойкость из-за воздействия хлоридов на металличес-
кие части рекуператоров и сокращения срока их службы.
7.1.1. Однокамерные печи (рис. 7.1) сооружаются вместимо-
стью от 10 до 80 т. Основной частью печи является подина, так
как она подвергается большим нагрузкам под давлением рас-
плавленного металла. Для обеспечения возможности слива все-
го металла из печи подина выкладывается с уклоном в сторону
разгрузочного окна (на рисунке не показано), через которое
выгребают железные приделки и неметаллические крупногаба-
ритные включения. Глубина ванны зависит от тепловой мощ-
ности печи, технологии плавки, свойств переплавляемого сы-
рья и формы подины и, как правило, находится в пределах 500—
900 мм. Для лучшего использования тепла пламени своду при-
дают полукруглую форму, что позволяет поджимать пламя к
зеркалу ванны и увеличивать теплоотдачу свода.
7.1. Технология плавки и конструкция отражательных печей
149
Рис. 7.1. Схема однокамерной отражательной печи.
1 ~ загрузочное окно; 2 — свод печи; 3 — гнездо для форсун-
ки; 4 — плавильная камера; 5 — подина; 6 — боров; 7 — летка.
150
Гл. 7. Производство сплавов в топливных печах
Однокамерные отражательные печи по конструкции и об-
служиванию проще двухкамерных, они занимают меньше ме-
ста, а их изготовление и ремонт дешевле. Однако производи-
тельность однокамерных печей ниже, чем двухкамерных, на
25—30 % и поэтому на многих предприятиях их реконструиро-
Рис. 7.2. Круглая отражательная печь.
1 — крышка; 2 — завалочное окно; 3 — горелка; 4, 5 — зумпф
для скачивания металла и шлака соответственно; 6 — реку-
ператор; 7 — шибер; 8 — газоход.
7.1. Технология плавки и конструкция отражательных печей
151
вали на двухкамерные [13]. Но на многих предприятиях за ру-
бежом однокамерные печи сохранены и работают в комплек-
се с отдельно стоящим миксером, что исключает их исполь-
зование на период разливки металла. Стремление сохранить од-
нокамерные печи объясняется возможностью регулирования
температурного режима отдельно в каждой камере, т.е. имея
два самостоятельных агрегата, можно поддерживать парамет-
ры процесса на каждом этапе в строго заданных пределах, что,
по мнению зарубежных специалистов [13], дает большой эко-
номический эффект.
Средняя продолжительность отдельных технологических опе-
раций составляет (мин): загрузка — 60; расплавление — 240; ра-
финирование с помощью флюсов — 30; анализ химического со-
става — 30; корректировка химического состава сплава с помо-
щью лигатур или металлов — 30; удаление шлака — 20; выпуск
металла — 10; очистка печи — 30. Всего 540 мин (9 ч). Общее из-
влечение металла составляет около 97 %, но при этом надо иметь
в виду, что в таких печах совершенно не перерабатывают струж-
ку. Удельный расход топлива при работе без рекуператора око-
ло 100 кг/т, а термический коэффициент полезного действия
близок к 30 %.
Одной из разновидностей однокамерной отражательной печи
является печь круглой формы вместимостью 40—60 т, которая
выполняется со стационарным (рис. 7.2) или съемным (рис. 7.3)
сводом. Эти печи наиболее приспособлены для обслуживания их
мульдозавалочной машиной, просты в изготовлении, занима-
ют меньше места в цехе.
Металл из печи со стационарным сводом выпускается в
ковш с помощью сифона, установленного в специальном кар-
мане (зумпфе). Несмотря на ряд преимуществ в конструкции и
практически полную механизацию работ, связанных с загруз-
кой шихты, чисткой пода и скачиванием шлака, печь имеет
недостатки: из-за большого диаметра она трудно поддается чи-
стке и быстро зарастает настылями; из-за больших размеров печи
скачивание шлака осуществляется мульдозавалочными машина-
ми, что приводит к повышенным потерям металла со шлаком;
большие габариты печи требуют применения тяжелого инстру-
мента и пр. Печи подобной конструкции вместимостью 40 т ус-
152
Гл. 7. Производство сплавов в топливных печах
• I . >'Г
Рис. 7.3. Схема печи со съемным сводом. , «ч >,
1 — ванна печи; 2 — свод; 3 — загрузочный короб. : ,
пешно применяются на заводе “Трентвуд” компании «Кайзер
алюминиум» (США), а их изготовлением занимается швейцар-
ская фирма «Гаучи».
Отражательные печи со съемным сводом позволяют резко
ускорить проведение ряда операций по загрузке и их обслужи-
ванию с помощью мостового крана.
Помимо стационарных однокамерных отражательных печей
в США на заводах фирмы «Кайзер алюминиум» для плавки
стружки и обрези применяются качающиеся печи. В этой печи
сначала расплавляют флюсы с объемной массой, меньшей, чем
у расплавленного алюминия, и перегревают его до температу-
7.1. Технология плавки и конструкция отражательных печей
153
ры выше температуры плавления алюминия и его сплавов. За-
тем в расплавленный флюс загружают шихту и при помощи
пневмоцилиндров покачивают печь для смешения шихты с рас-
плавленным флюсом и интенсификации плавки. Применение
таких печей оправданно при небольшой производительности
предприятия.
Для повышения производительности печей в процессе ра-
створения хорошо зарекомендовали себя разработанные СКБ
МГД Института физики АН Латвии магнитогидродинамические
перемешиватели [16], применение которых интенсифицирует
процесс, повышает качество сплава и снижает расход электро-
энергии.
7.1.2. Многокамерные печи. Наибольшее распространение
получили двухкамерные отражательные печи, сочетающие фун-
кции плавильного агрегата и миксера для корректировки хими-
ческого состава сплава и его хранения в период разливки. На
этих печах выплавляется доминирующее количество вторичных
алюминиевых сплавов из всех видов алюминиевого лома и от-
ходов [3]. Как правило, емкость плавильной камеры двухкамер-
ных печей составляет 10—30 т, а емкость копильника обычно на
15 % больше емкости плавильной камеры. На заводах Европы в
основном работают печи емкостью 15—20 т, в США — до 80 т,
и американские специалисты считают предельной емкостью для
таких печей 90 т [6].
Двухкамерная печь (рис. 7.4) состоит из плавильной каме-
ры, в торцевой стенке которой смонтированы топливосжигаю-
щие устройства. Копильник имеет такую же площадь пода, но
более глубокую ванну. Рабочее пространство плавильной каме-
ры соединено газоходом с копильником, откуда отходящие газы
по аптейку попадают в газоход, а из него в газоочистные уста-
новки, а затем в дымовую трубу. Все операции обслуживания
печей механизированы и выполняются при помощи напольной
завалочной машины.
Температура в рабочем пространстве плавильной камеры в
период плавления достигает 1000—1200 °C, а отходящих газов
на входе в газоход — 800 °C и выше, т.е. около 40 % подводи-
мого тепла в печи не используется полезно и теряется, и по-
154
Гл. 7. Производство сплавов в топливных пенах
Рис. 7.4. Двухкамерная отражательная печь.
1 — плавильная камера; 2 — завалочное окно; 3 — порог; 4 — свод; 5 — ко-
пильник; 6 — аптейк; 7 — боров; 8 — летка.
этому тепловой КПД отражательных печей составляет 15—35 %
[17]. Для повышения эффективности работы печей применяют-
ся предварительный подогрев шихты, автоматизация открыва-
ния и закрывания дверок загрузочных окон печей, повышение
скорости загрузки печей за счет увеличения грузоподъемности
завалочных машин и использования тепла отходящих газов. Как
уже отмечено, в отечественной вторичной металлургии рекупе-
раторы не нашли применения, однако на некоторых зарубеж-
ных заводах тепло отходящих газов служит для предваритель-
ного нагрева при помощи рекуператоров подаваемого в печь воз-
духа, что повышает тепловой КПД до 35 %.
Потери металла при плавке — основной показатель, опре-
деляющий экономическую эффективность переработки цветного
металла, так как стоимость сырья в общей себестоимости пе-
редела доходит до 80 %. В гл. 11 эти вопросы будут рассмотрены
подробнее.
.«Г? 4ft
ft ft
Рис. 7.5. Отражательная печь с
выносной камерой.
1 — выносная камера металлопри-
емника; 2 — закрытая часть ванны;
3 — горелка; 4 — закрытая камера;
5 — траектория газов; 6 — дымоход.
7.1. Технология плавки и конструкция отражательных печей
155
В настоящее время за рубежом широко распространены печи
с выносной камерой (рис. 7.5) для плавки стружки и обрези —
в США работает группа печей с выносной камерой [15] вмес-
тимостью 56—80 т (около 25 % полной емкости печи) и произ-
водительностью до 100—150 т/сут. Эти агрегаты могут быть с
естественной и принудительной циркуляцией металла в ванне;
в последнем случае металл циркулирует с помощью центробеж-
ных насосов, изготовленных из графита. Сырье в выносную топку
может непрерывно подаваться ленточным конвейером, где пла-
вится за счет избыточного тепла циркулирующего металла, а
затем поступает самотеком в закрытую камеру. Переработка
сырья в таких печах позволяет в 2 раза снизить угар металла,
поскольку отходы не соприкасаются с горячими газами, и на
25 % увеличить производительность.
В Англии работает трехкамерная печь, в которой теплоно-
сителем является перегретый флюс. Расплавленную и перегре-
тую соль, имеющую плотность меньше плотности переплавля-
емого металла, смешивают с ломом и отходами алюминия, при
этом поверхность металла обволакивается пленкой, препятству- *
ющей дальнейшему окислению металла и улучшающей условия
теплообмена.
Печь (рис. 7.6) состоит из камеры нагрева и расплавления |
соли [6], а также приемника для плавки металла, который, в |
свою очередь, делится на две камеры: смесильную и отстойник,
соединяющиеся каналом. Расплавленная соль из камеры насо-
сом подается в смесительную камеру, куда загружается перера-
батываемое сырье. Из отстойника расплавленная соль возвраща-
ется в камеру нагрева самотеком по желобу. Степень извлече-
ния металла в готовую продукцию составляет 97,4 %, однако,
несмотря на высокие показатели этих печей, они не нашли
широкого применения в производстве вторичных сплавов, так
как требуют тщательной подготовки сырья и предварительной \
очистки его от железных и медных приделок. |
Приведенный перечень конструкций и модификаций отра- j
жательных печей не исчерпывает всех их, нашедших примене- [
ние на многих заводах. Более подробные сведения о конструк- ’
циях, технологических особенностях их работы можно найти в j
[4, 6, 13, 15].
156
Гл. 7. Производство сплавов в топливных печах
Й . -И’- ‘ I 5, )
72. Применение тигельных печей г
157
7.2. Применение тигельных печей
Топливные тигельные печи обладают рядом достоинств: легко-
стью перехода с одного сплава на другой, малой площадью
зеркала ванны металла, что благоприятствует ведению плавки
под флюсом, отсутствием контакта с продуктами горения топ-
лива. Однако их промышленное значение невелико вследствие
ряда недостатков, таких как малая производительность, боль-
шой расход топлива, трудность изъятия железных приделок со
дна тигля, необходимость тщательной подготовки сырья. Поэто-
му указанные печи используются только в лабораторных устрой-
ствах и в производствах с малым расходом металла — в неболь-
ших литейных цехах.
Печи данной конструкции делятся на поворотные и стаци-
онарные. Из поворотных печей в свое время довольно широкое
применение находили печи типа «Колеман» [6].
Самой ответственной частью печей является тигель, и чаще
всего применяют графитовые тигли, несмотря на их дороговиз-
ну и малую стойкость. Как известно, чугунные тигли способствуют
загрязнению сплава железом в результате его растворения в алю-
минии, что повышает содержание железа в сплаве до 0,3 %. Гра-
фитовые же тигли позволяют плавить в них металл при темпера-
туре 1200 °C, что важно для производства некоторых лигатур.
Ь
7.3. Приготовление сплавов во вращающихся печах
С 30-х годов за рубежом начали применять трубчатые враща-
ющиеся печи для плавки вторичного алюминиевого сырья, в
которых можно переплавлять алюминиевый скрап любого
вида, в том числе стружку и мелкую обрезь. Такие печи вы-
годно отличаются от стационарных с точки зрения массо- и
теплопереноса, поскольку в них металл нагревается и сверху,
и снизу. Это происходит за счет постоянной смены мест сво-
да и подины, т.е. внутренняя кладка печи, нагревающаяся в
верхнем положении, отдает тепло, когда переходит в нижнее
положение. Кроме того, улучшается теплопередача при пере-
мешивании металла во время вращения печи и дополнитель-
158
Гл. 7. Производство сплавов в топливных печах
но технология плавки, так как загруженный в барабан мате-
риал сразу покрывается жидким флюсом и металлом и по-
стоянно перемешивается. В результате этого быстрее проис-
ходит плавление скрапа.^ На рис. 7^.7 приведена схема корот-
кобарабанной вращающейся печи.Щлавка шихты происходит
в расплавленном флюсе, находящемся в барабане диаметром
до 3 и длиной до 5 м, который внутри футерован шамотным
кирпичом. Вращение печи со скоростью 1—8 об/мин осуще-
ствляется от привода через редуктор и зубчатые муфты. Для
слива металла и флюса в печи имеются две летки: по образу-
ющей и в торце. Печи отапливаются мазутом или газом и
обычно снабжаются прямоточными горелками. Загрузка печи
выполняется через разгрузочную горловину лотковым пита-
телем, с помощью которого можно регулировать загрузку
шихты по всему объему печи.1
Выход металла при плавке стружки достигает 95 %, а при
плавке стружки и фольги — 90 %. Барабанные печи в большин-
стве случаев изготавливаются емкостью 0,5—29 т, а их произ-
водительность достигает 70т/сут. Благодаря высоким технико-
экономическим показателям вращающиеся печи находят все
большее применение для производства алюминиевых сплавов.
Несмотря на ряд преимуществ, эти печи обладают и недо-
статками, главный из них — большой объем солевых шлаков,
который достигает 15—30 % от массы переплавляемого сырья и
требует дальнейшей переработки гидрометаллургическим или
иным способом в целях регенерации солей и извлечения король-
ков металла. Более подробные сведения о вращающихся печах
приведены в [4, 6, 15].
В последние годы появились сообщения1 о новом методе
работы вращающихся печей для переплавки литейных шлаков,
в которых не используются расплавы солей. Продольная ось этих
печей расположена под небольшим углом к горизонту, а теп-
ловая энергия вводится в печь воздухом, нагретым в плазмо-
тронах до 5000 °C. Расплавленный алюминий выделяется из шла-
ков и накапливается в печи, откуда он периодически вылива-
ется через отверстия в футеровке. Неметаллическая часть шла-
1 Журнал «Compass» (1990, № 2), издаваемый компанией «Alcan».
7.3. Приготовление сплавов во вращающихся печах
159
Рис. 7.7. Короткобарабанная вращающаяся печь. :
j _ корпус; 2 — горелочное гнездо; 3 — горелка; 4 — механизм поВорОТО
160
Гл. 7. Производство сплавов в топливных печах
ков, представляющая собой сухой сыпучий порошок, извлека-
ется из печи и может быть использована как инертный матери-
ал, например, при строительстве дорог.
Количество воздуха, подаваемого при этом в печь, состав-
ляет всего 1,5—3,0 вместо 15,0—30,0 нм3/мин на 1 МВт мощно-
сти, вводимой в печь при использовании газовой горелки. Та-
ким образом, количество воздуха в печи уменьшается в 10—
20 раз, благодаря чему резко сокращается окисление алюминия
и металлургический выход достигает 94,5 % при затратах энер-
гии 400 кВт • ч на получение 1 т сплава. Отсутствие отходов в виде
солевых шлаков резко повышает экологическую чистоту и эф-
фективность процесса, в связи с чем следует ожидать широко-
го распространения этого способа переработки шлаков.
7.4. Использование шахтных печей
Алюминиевый лом и отходы можно перерабатывать и в шахт-
ных печах, которые имеют более высокий тепловой КПД и
большую удельную производительность. В таких печах осуществ-
ляется непрерывная плавка, исключается вероятность перегре-
ва металла, поскольку все подводимое к сырью тепло расходу-
ется на его нагрев и расплавление. Жидкий же расплав перете-
кает в копильник, чем и объясняются низкие потери металла в
результате окисления.
Шахтные печи по способу плавления шихтовых материалов
могут быть разделены на три группы:
— отражательные печи с шахтной камерой подогрева ших-
товых материалов теплом отходящих газов;
— печи прямого плавления металла в атакующих струях
горящего топлива с предварительным подогревом шихты или
без него;
— шахтно-ванные печи косвенного плавления предвари-
тельно подогретого в шахте металла теплом циркулирующе-
го расплава.
К печам первой группы относится шахтная печь (рис. 7.8),
которая состоит из шахты высотой до 4 м и двух ванн-копиль-
ников емкостью 4 т каждый, соединенных с шахтой продоль-
7.4. Использование шахтных печей
161
1,3— горелка; 2 — дымоход; 4 — копильник; 5 — решетка; 6 — окно.
ными и поперечными желобами, по которым перетекает рас-
плавленный металл. Большим достоинством печи является воз-
можность переплавки неразделанного, влажного крупногабарит-
ного лома любой конфигурации с железными приделками. Шах-
та, имеющая наклонный в сторону копильников под, отделена
от последних решеткой из огнеупорного материала, которая пре-
дотвращает попадание из плавильного пространства в копиль-
ники железных приделок и других неоплавляемых предметов.
Скапливающиеся на поду шахты неоплавляемые предметы пе-
риодически удаляются через боковые окна.
Нагрев шихты осуществляется несколькими горелками, ус-
тановленными на разных уровнях по высоте шахты. Это позво-
ляет проводить дифференцированный нагрев пространства печи
и регулировать нагрев шихты. Горелки заглублены в ниши, в
которых и происходит сгорание топлива. Таким образом шихта
не соприкасается с пламенем горелок, благодаря чему умень-
11 Заказ № 215
162
Гл. 7. Производство сплавов в топливных печах
шается угар. В печном пространстве копильников также имеют-
ся горелки, которые используют при необходимости. Наличие
двух копильников обеспечивает максимальную производитель-
ность печи практически при непрерывном цикле работы.
Шахтная печь «Jet Melter» (рис. 7.9), разработанная японс-
кими фирмами «Хитари Токура Коге» и «Токе часу», — харак-
терный представитель печей второй группы. Их работа основана
на использовании конвективного теплообмена высокоскоростных
(200—300 м/с) струй газа с плавящимся материалом и подогреве
шихты теплом отходящих газов в круглой шахте. Шихта подается
4
Рис. 7.9. Схема шахтной печи «Jet Melter».
1 — свободная горелка; 2 — загрузочный конвейер; 3 —
высокоскоростная горелка; 4 — загрузочное окно; 5 —
летка.
7.4. Использование шахтных печей
163
Таблица 7.1
Основные характеристики работы шахтных и отражательных
печей
Параметр Шахтная Отражатель- ная
Производительность, т/ч 1,660 0,835
Расход тепла, ГДж/т 2,6 4,3
Съем металла, т/(м2 • сут) 21,60 7,95
Средний термический КПД, % 42 26
Потери металла, % 1,15 3,8-4,0
в шахту скиповым подъемником, а ее плавление происходит
ударными высокоскоростными конвективными потоками в ниж-
ней части шахты. По наклонному поду расплав алюминия стека-
ет в копильник и оттуда переводится в рафинировочную камеру.
Производительность этой печи достигает 1 т/ч при температуре
расплава 720—750 °C, тепловой КПД при периодической работе
составляет 41,7—44,7 %, а при непрерывной — 57 % [15]. В Япо-
нии работает более 100 таких печей, а эффективность их приме-
нения легко установить при сравнении с работой отражательных
печей на одинаковом сырье (табл. 7.1).
Отличительными особенностями шахтно-ванных печей,'
разработанных в России и отнесенных к третьей группе, яв-
ляются подогрев шихты в шахте отходящими газами и при-
менение принципа растворения подогретого металла движу-
щимся расплавом. Промышленная печь вместимостью 60 т при
проектной производительности 8 т/ч и тепловом КПД 60 %
представлена на рис. 7.10. Печь оборудована четырьмя газо-
динамическими пневматическими насосами, с помощью ко-
торых столб нагретой в шахте шихты непрерывно подмыва-
ется циркулирующим в печи металлом. Печь снабжена загру-
зочным устройством челюстного типа. Над нагревательными
камерами площадью 25 м2 каждая установлены четыре горелки.
В плавочном режиме параметры печи следующие: фактичес-
кая производительность — 2,6—4,5 т/ч; расход топлива — 73 кг
у.т./т; металл в шлаке и угар — 1,05 %. Эти печи не могут быть
переведены на непрерывный режим из-за сложности стаби-
лизации состава шихты, они не приспособлены для работы
164
Гл. 7. Производство сплавов в топливных печах
А-А
карман; 13 — форсунка; 14 — газодина
. мический насос.
7.5. Сплавочные печи 165
с флюсами и, как и печи второй группы, не имеют камер
термического обезвреживания отходящих газов. С учетом ре-
шений, заложенных в конструкцию печей второй и третьей
групп, создана печь [15], свободная от многих недостатков и
показавшая хорошие технико-экономические показатели. Есть
основания полагать, что широкое внедрение таких печей ста-
нет следующим и весьма эффективным шагом в конструиро-
вании топливных печей.
7.5. Оплавочные печи
Для получения качественных вторичных сплавов алюминиевое >
сырье перед плавкой необходимо разделать, удалив из него
железные и другие неоплавляемые приделки, но такая опера-
ция трудоемка, малопроизводительна, требует больших затрат
неквалифицированного труда. Поэтому многие предприятия
вместо предварительной разделки сырья стали использовать
специальные печи, называемые сплавочными. Принцип работы
данных печей заключается в том, что на наклонной подине
неразделанное алюминиевое сырье с железными приделками
нагревается до температуры плавления алюминия теплом фа-
кела или иным способом. Расплавленный алюминий по наклон-
ному поду стекает в металлоприемник, а освобожденные от
алюминия железные приделки задерживаются на поду специ-
альной керамической решеткой и удаляются из печи. Получен-
ный сплав направляется на корректировку для получения ма-
рочных сплавов. Шихту загружают в две оплавочные камеры
через окна в сводах с помощью мостового крана и коробов
(рис. 7.11). Жидкий металл непрерывно стекает в копильник, а
чистку наклонного пода сплавочных камер проводят через окна
в торцевой стене. Печь работает на естественной тяге дымовой
трубы, регулируемой шибером. Горелки сплавочных камер со-
здают петлеобразное движение газов.
Общий недостаток сплавочных печей — низкое качество
продукции, большой угар металла, относительно низкая про-
изводительность и большой расход топлива. Поэтому среди оп-
166
Гл. 8. Производство сплавов е электрических печах
Рис. 7.11. Схема сплавочной печи.
I — оплавочная камера; II — копильник. 1 — горелка; 2 — летка; 3 — дымоход;
4 — переточная летка; 5 — окно для чистки; 6 — загрузочное окно.
лавочных печей практический интерес представляют трехкамер-
ные универсальные отражательно-оплавочные печи, способные
перерабатывать неразделанный лом с любым содержанием же-
лезных приделок и выпускать стандартные сплавы без сниже-
ния производительности при оплавке.,
Глава 8
Производство сплавов в электрических печах
Электрические печи по способу превращения электрической
энергии в тепловую делятся на три группы: дуговые, сопротив-
ления и индукционные.
Дуговые печи, в которых электрическая энергия превраща-
ется в тепловую в электрической дуге, развивают температуру
до 3000 °C, и поэтому они нашли широкое применение в про-
изводстве стали, но для плавки алюминия и его сплавов они
не пригодны из-за большого угара металла.
Печи сопротивления, в которых электрическая энергия
превращается в тепловую в проводниках с высоким омическим
сопротивлением, широко используют для плавки алюминия. Эти
печи делятся на камерные и тигельные, причем камерные печи
работают как отражательные. Загруженная в них шихта нагре-
вается за счет лучеиспускания нагревателей из нихрома, рас-
8.1. Электрические печи сопротивления
167
положенных в своде и по стенкам печи. Такие печи типа САН
и САК применяют для плавки чушкового алюминия в литей-
ных цехах, но их нельзя использовать для плавки под флюса-
ми, возгоны которых разрушают нагревательные элементы, а
следовательно, для плавки лома и отходов алюминия. Тигель-
ные печи сопротивления малоэффективны и применяются для
плавки алюминия в лабораториях и в цехах с малым потребле-
нием металла.
Для плавки алюминия, а также лома и мелких отходов наи-
более широкое распространение получили индукционные элек-
трические печи, которые по конструкции делятся на канальные
(ИКП) и тигельные (ИТП). Кроме того, в производстве каче-
ственных сплавов широко применяются индукционные вакуум-
ные печи (ИВП) различных конструкций.
Основные преимущества электрических печей: резкое улуч-
шение экологии за счет отсутствия дымовых газов; простота ре-
гулировки температуры в печи; улучшение качества за счет сни-
жения содержания газа в сплаве; нагрев металла в индукцион-
ных печах изнутри, что позволяет вести плавку при низких тем-
пературах; повышенная культура производства (создаются пред-
посылки полной механизации и автоматизации производства).
8.1. Электрические печи сопротивления
Печи сопротивления получили широкое распространение на
заводах, где производство алюминия и его сплавов приобрело
большие масштабы. По форме рабочего пространства они де-
лятся на тигельные и камерные. По принципу действия к этому
типу можно отнести и электрические сплавочные солевые печи.
Основные преимущества печей сопротивления следующие:
небольшой угар металла; высокий тепловой КПД (до 70 %);
незначительное поглощение газов металлом; сравнительно не-
большой расход электроэнергии (450—500 кВт • ч/т) и простота
конструкции. Наиболее широкое распространение для плавки
алюминия и его сплавов получили камерные печи сопротивле-
ния, а тигельные применяются в лабораториях и при производ-
стве изделий с небольшим расходом металла.
168
Гл. 8. Производство сплавов в электрических печах
Л Таблица 8.1 .
Основные характеристики тигельных электропечей сопротивления *
Тип электропечи Емкость, т Мощность, кВт
> Раздаточная
, САТ-0,04 ? °-04 15
САТ-0,06 * 0,06 17
!| ’ САТ-0,16 ' ' ’ 0,16 ’ 40
САТ-0,25 0,25 50
•i СЛТ-0,25-2 2x0,25 100 !
Плавильно-раздаточная <4
САТН-0,16 0,16 45
САТН-0,25 " 0,25 so ..
В связи с необходимостью вести плавку лома и отходов алю-
миния под слоем флюса, пары которых чрезвычайно отрица-
тельно влияют на нагреватели, эти печи во вторичной цветной
металлургии не нашли широкого распространения.
8.1.1. Тигельные печи с электрообогревом нашли широкое
применение в мелкосерийном производстве на машинострои-
тельных заводах. Для плавки алюминиевых сплавов подходят печи
с графитовыми, чугунными и стальными тиглями. Эти печи об-
Рис. 8.1. Двухтигельная электропечь типа CAT.
1 — регулирующая термопара; 2 — полукрышка; 3 — нагреватель; 4 — тигель.
8.1. Электрические печи сопротивления
169
ладают большой маневренностью, а их производительность на
30—50 % выше, чем у тигельных печей такой же емкости, но с
топливным обогревом. Тепловой КПД этих печей составляет 8—
25 %, но может быть повышен до 30 % при предварительном
подогреве шихты [15].
В Германии распространены тигельные печи емкостью до
1 т, а на заводах России применяют тигельные печи сопротив-
ления типа CAT (табл. 8.1). Продолжительность плавки одной
садки в таких печах не превышает 3,5 ч.
Рис. 8.2. Тигельная плавильно-раздаточная электропечь типа САТН.
1 — механизм наклона; 2 — тигель; 3 — термопара; 4 — нагреватель; 5 —
футеровка. . /
170
Гл, 8, Производство сплавов в электрических печах
’ Конструктивно печь (рис. 8.1) состоит из футерованного
изнутри огнеупорными кирпичами кожуха, в пазах которого
крепятся нагреватели из нихрома (сплав Х20Н80). Внутрь кожу-
ха вставляется один или два тигля, где и ведется плавка сплава.
Разновидностью этих печей служит наклоняющаяся печь типа
САТН (рис. 8.2, табл. 8.1).
Рассмотренные печи [18] имеют носок для слива расплав-
ленного металла, а сверху закрываются двумя теплоизолирован-
ными крышками. Печь наклоняется при помощи механизма с
ручным приводом.
Чрезвычайно малая производительность и необходимость
обмазки тигля (в случае применения металлического тигля) для
предотвращения насыщения алюминия железом послужили при-
чиной ограниченного применения этих печей.
8.1.2. Камерные печи, или печи сопротивления ванного типа
(стационарные или наклоняющиеся), распространены значи-
тельно шире, чем тигельные, и в основном применяются для
плавки чушкового алюминия в литейных цехах. В этих печах
нагрев и плавление шихты осуществляются за счет лучистого
теплообмена от нагревателей, вмонтированных в свод и боко-
вые стенки печи. Промышленность выпускает камерные разда-
точные электрические печи типа САК (рис. 8.3) и электропе-
чи-миксеры (рис. 8.4), которые предназначены для поддержа-
Таблица 8.2
Основные характеристики камерных электропечей
типа САК и САКМ
Тип электропечи Емкость, т Мощность, кВт
Раздаточная ,1
САК-0,6 0,6 50
САК-1,0 1,0 — •
САК-16 1,6
Электропечь-миксер
САКМ-6,0 6,0 —
САКМ-10,0 10,0 180
САКМ-16,0 16,0 240 х % л
- лч. САКМ-25,0 25,0
САКМ-40,0 40,0
8.1. Электрические печи сопротивления
171
400 i 1210 i I 1570
I
Рис. 8.4. Электропечь-миксер типа САКМ.
1 — каркас; 2 — переливной карман; 3 — дверца; 4 — нагреватель; 5 — термопара; 6 — раздаточная летка.
Гл. 8. Производство сплав»! эйекдоф1<их
174
Гл. 8. Производство сплавов в электрических печах
ния температуры расплавленного металла на уровне 750—800 °C.
Параметры печей типа САК и САКМ представлены в табл. 8.2.
Кроме стационарных печей находят применение наклоняющи-
еся печи (рис. 8.5).
Кожух наклоняющихся печей выполнен из листовой стали и
внутри футерован теплоизоляционным и шамотным кирпичом.
Бандажи печи установлены на катках, а ее наклон осуществляет-
ся от электропривода, передающего движение червяку, сцеплен-
ному с сектором червячного колеса, закрепленного на кожухе печи.
Свод печи съемный, а нагреватели установлены так, что в случае
их выхода из строя они могут быть заменены без остановки печи.
8.1.3. Солевые оплавочные печи. Больщой интерес для пере-
работки алюминиевого лома с железными приделками представ-
ляет печь, в которой теплоносителем является перегретый со-
Рис. 8.6. Электрическая солевая оплавочная печь.
ванна; 2 — электроды; 3 — корзина; 4 — крышка; 5 — зубчатый WCHCHJ
6 — шары; 7 — летка для слива флюса; 8 — шпуровое отверстие.
8.2. Производство сплавов в индукционных печах
175
левой расплав и плавка выполняется под слоем последнего без
доступа газов и воздуха. Плавка солевого расплава происходит
за счет пропускания через него электрического тока, и по этой
причине они могут быть отнесены к печам сопротивления.
Электрическая солевая сплавочная печь (рис. 8.6) представ-
ляет собой круглую ванну, обогреваемую за счет прохождения
тока через три стальных электрода, а- сопротивлением служит
расплав солей (45 % NaCl + 45 % КС1 + 10 % криолита). Непос-
редственно в солевой расплав помещается корзина с порцией
шихты. За счет вращения корзины (от привода через зубчатый
венец) улучшается теплоперенос. Расплавленный алюминий
накапливается на дне печи и по мере необходимости вылива-
ется через шпуровое отверстие.
Извлечение металла составляет 99 %, расход флюсов —
100 кг/т, а электроэнергии — 400 кВт • ч/т.
8.2. Производство сплавов в индукционных печах
Под индукционным нагревом понимают нагрев тел в электромаг-
нитном поле за счет теплового действия электрического тока,
протекающего непосредственно по нагреваемому телу и возбуж-
денного в нем благодаря явлению электромагнитной индукции [19].
Индукционными установками называют электротермические
устройства, предназначенные для плавки или нагрева материа-
лов, куда входит весь комплекс устройств, включая источники
питания, устройства автоматики, токопроводы и т.п. Под ин-
дукционной печью обычно понимают часть установки, включа-
ющую индуктор, каркас, камеру для нагрева или плавки, ваку-
умную систему и пр.
Важнейший элемент индукционной печи — индуктор, т.е.
катушка, подключенная к источнику переменного тока и пред-
назначенная для наведения в нагреваемом изделии переменно-
го электромагнитного поля и электрического тока.
Индукционный нагрев основан на принципе преобразова-
ния электрической энергии в тепловую. В электромагнитное поле,
создаваемое током в индукторе, вносят нагреваемое тело. Бла-
176 Гл. 8. Производство сплавов в электрических печах т
годаря явлению электромагнитной индукции в нем возникает
электродвижущая сила и как следствие — электрический ток,
который и приводит к разогреву загрузки.
Мощность, выделяющаяся в печи при индукционном нагре-
ве, зависит от удельного электрического сопротивления и магнит-
ной проницаемости нагреваемого металла, а также от частоты и
напряженности электромагнитного поля. Индукционный нагрев
характеризуется неравномерным выделением тепла в нагреваемом
теле: 86 % всей мощности выделяется в поверхностном слое. Рас-
ход энергии в канальных печах примерно на 30 % меньше, чем в
тигельных, но плавка в них вторичного алюминиевого сырья ос-
ложняется из-за быстрого зарастания каналов оксидами.
Взаимодействие магнитного поля с током, текущим по
проводникам, — одно из важнейших свойств электромагнит-
ного поля. Электромагнитная сила F. с которой магнитное поле
с индукцией В действует на проводник с током /, пропорцио-
нальна произведению В I, причем сила F максимальна, если
Ви / взаимно перпендикулярны [19]. Взаимодействие магнит-
ного поля с током имеет место вне зависимости от того, под-
веден ли ток к проводнику от внешнего источника или он ин-
дуцируется в проводнике этим же полем. Под действием таких
сил в печи возникает перемещение расплавленного металла,
ускоряющее процесс плавки. Изменяя форму каналов тигля,
можно управлять характером движения металла в ванне. Изу-
чением поведения электропроводных жидкостей в магнитном
поле занимается магнитная гидродинамика, а явления, про-
исходящие в жидких металлах под воздействием магнитного
поля, называют магнитогидродинамическими (МГД). Необхо-
димо иметь в виду, что индукционные печи из-за большого рас-
сеяния имеют очень низкий коэффициент мощности (coscp),
и поэтому все печи комплектуются конденсаторной батареей
для снижения потребления реактивной мощности.
Наибольшее распространение в производстве вторичных
цветных металлов получили канальные печи (с железным сер-
дечником) и тигельные печи (без сердечника).
Канальная печь (рис. 8.7, а) представляет собой своеобраз-
ный трансформатор с магнитопроводом, у которого первичной
обмоткой служит индуктор, а вторичной (и одновременно на-
8,2. Производство сплавов в индукционных печах
177
Рис. 8.7. Схемы индукционной канальной (а) и тигельной (6) печей.
1 — индуктор; 2 — расплав; 3 — футерованный кольцевой канал; 4 — магнито-
провод; 5 — огнеупорный тигель.
грузкой трансформатора) — расплавленный металл, находящий-
ся в выложенном огнеупорным материалом замкнутом кольце- ।
вом канале. Печи данной конструкции относятся к одним из ос-
новных плавильных агрегатов для цветных металлов и сплавов,
а также часто используются в качестве миксера — устройств для
выравнивания температуры и доводки химического состава.
Тигельная печь (см. рис. 8.7, б) по принципу действия
подобна воздушному трансформатору, в котором индуктор —
первичная обмотка, а вторичная (и одновременно нагруз-
ка) — расплавленный металл в тигле, расположенном внут-
ри индуктора. Эти печи широко применяются для плавки цвет-
ных и черных металлов в воздушной среде, вакууме или в за-
щитной атмосфере. Их емкость от десятков граммов до десят-
ков тонн.
По частоте питающего напряжения индукционные печи |
разделяются на: 1
— установки промышленной частоты — 50 Гц (за рубежом, :
в некоторых странах, 60 Гц); |
— установки средней или повышенной частоты (150— <
10 000 Гц), питающиеся от электромашинных или статических ,1
преобразователей частоты;
12 Заказ № 215
178
Гл. 8. Производство сплавов в электрических печах
— высокочастотные установки (от 20 кГц до нескольких
мегагерц), работающие от ламповых генераторов.
Надо иметь в виду, что чем меньше размеры нагреваемых
объектов и чем меньше их электропроводность, тем, как пра-
вило, выше применяемая частота.
Индукционный метод нагрева широко применяется для
нагрева и плавки металлов и сплавов, он весьма универсален и
может использоваться для нагрева твердых, жидких и газооб-
разных веществ.
Преимущества индукционного нагрева по сравнению с дру-
гими методами заключаются в следующем:
— передача электрической энергии идет в глубину тела, что
значительно ускоряет скорость нагрева по сравнению с печами
косвенного нагрева, в которых изделие нагревается только че-
рез поверхностный слой;
— рабочая температура в печи лимитируется только свой-
ствами огнеупора печи;
— передача электрической энергии не нуждается в контак-
тных устройствах, что упрощает конструкцию печи и позволя-
ет вести процесс в вакууме или в защитных средах;
— возникающие в расплаве электродинамические усилия
способствуют циркуляции расплава и ускоряют процесс плавки;
— индуктор печи, оставаясь холодным в процессе плавки,
не вносит загрязнений в атмосферу печи, что позволяет осу-
ществлять особо чистые технологические процессы.
Несмотря на эти несомненные преимущества, индукцион-
ные печи значительно уступают отражательным по стоимости
капитальных и текущих затрат, стойкости огнеупорной футеров-
ки, требованиям к качеству подготовки шихты и охлаждающей
воды. Кроме того, циркулирующий металл растворяет и вмеши-
вает в себя вредные компоненты.
8.2.1. Индукционные канальные печи (ИКП). Индукцион-
ные печи с открытым каналом (см. рис. 8.7, а) в настоящее
время не используются, так как заменены более совершенны-
ми печами с закрытым каналом (рис. 8.8). Основная масса рас-
плавленного металла находится в ванне печи, которая сооб-
щается с плавильным каналом, также заполненным расплавом.
8.2. Производство сплавов в индукционных пенах
179
Рис. 8.8. Индукционная канальная
электропечь.
1 — подовый камень; 2 — плавильный
канал; 3 — магнитопровод; 4 — индук-
тор; 5 — ванна печи; 6, 7 — уровень ме-
талла соответственно после и до слива
полезной массы загрузки; 8 — крыш-
ка; 9 — сливной носок; 10 — ось на-
клона печи; 11 — трос для наклона
печи; 12 — направления движения рас-
плава; К — зона максимальной темпе-
ратуры.
Последний образует в канале и прилегающем участке ванны
замкнутое проводящее кольцо. Вовнутрь этого кольца вставлен
индуктор, навитый на стержень замкнутого магнито провода.
Система индуктор — магнитопровод называется печным транс-
форматором.
В канале с расплавом индуктируется электродвижущая сила,
возникает ток и выделяется тепло, идущее на нагрев и расплав-
ление шихты. Футеровка, образующая плавильный канал, на-
зывается подовым камнем, а система, состоящая из печного
трансформатора и подового камня с каналом, — индукцион-
ной единицей. Канальная печь часто имеет несколько индукци-
180
Гл. 8. Производство сплавов в электрических печах
онных единиц, а последняя может содержать несколько плавиль-
ных каналов. При мощности печи до 400 кВт печи выполняют
однофазными, а при большей мощности — сдвоенными одно-
ил и трехфазными.
Индукционная канальная печь нормально работает в не-
прерывном режиме, т.е. допускаются только частичный слив
готового металла и догрузка новой порции шихты, что выз-
вано необходимостью постоянно иметь замкнутый путь для
тока, индуктируемого в канале и прилегающей части расплава
в ванне.
В отечественной вторичной цветной металлургии использу-
ются индукционные канальные печи с вертикальными канала-
ми одно-, двух- и трехфазного исполнения. Емкость ИКП со-
ставляет от десятков килограммов до сотен тонн. Для плавки
алюминия и его сплавов нашли применение мощные трехфаз-
ные печи ИАК-6, ИАК-13, а также печи с отъемными индук-
ционными единицами ИАК-15/18 и ИАК-25К [20].
Печи ИАК-6 и ИАК-13 представляют собой индукционные
канальные печи с двумя плавильными ваннами и печным транс-
форматором, установленным в корпусе печи. Эти печи анало-
гичны по конструкции и отличаются только емкостью и потреб-
ляемой мощностью (табл. 8.3).
На рис. 8.9 показано устройство печи типа ИАК-13. Внут-
реннее пространство печи делится перегородками на три каме-
ры, две крайние из которых футеруются огнеупором, образуя
Таблица 8.3
Технические характеристики канальных печей для плавки алюминия
Параметр ИАК-6 ИАК-13 ИАК-15/18 ИАК-25К
Мощность, кВт 750 1300 1200 1900
Напряжение, В 1000 1000 600 700
Число фаз 3 3 3 з а
Полезная емкость печи, т 6 13 15 20 ,к
Масса болота, т Удельный расход электро- 3 3 3 5 'Р
энергии, кВт • ч/т Производительность по 400-450 400-450 400 450-500 Т Й
плавлению, т/сут 33,5 33,5 36,0 60-65
8.2. Производство сплавов в индукционных печах
181
182
Гл. 8. Производство сплавов в электрических печах
8.2. Производство сплавов в индукционных печах
183
загрузочную и сливную камеры для расплавленного металла,
которые соединяются между собой четырьмя каналами, выпол-
ненными в подовом камне.
Средняя камера предназначена для установки печного
трансформатора и вентилятора, охлаждающего подовый камень
и индукторы; последние имеют также водяное охлаждение. Бо-
лее подробные сведения о конструкции печей ИАК-6 и ИАК-
13 представлены в [20]; следует иметь в виду, что, несмотря на
длительный период освоения, эти печи имеют ряд недостатков:
необходимость слива болота перед чисткой каналов, что при-
водит к остыванию футеровки и образованию трещин; капиталь-
ный ремонт связан с длительной остановкой печи; низкая про-
изводительность по сравнению с пламенными плавильными
печами. Поэтому такие печи ограниченно применяются для
производства алюминиевых сплавов из лома и отходов, но ус-
пешно — для плавки чушкового металла и приготовления алю-
миниевых сплавов. Особенно широко они используются для
производства латуней и других медных сплавов.
Для удовлетворения нужд крупнотоннажного прокатного
производства листа потребовались заготовки массой Юти выше,
что, в свою очередь, обусловило создание мощных печей с
отъемными единицами [20].
Печь ИАК-15/18 представляет собой канальную печь с
тремя отъемными единицами и одной плавильной ванной, ха-
рактеристики которой приведены в табл. 8.3. Наклон печи для
слива металла и замены индукционных единиц осуществля-
ется с помощью гидропривода. Индукционная единица печи
ИАК-15/18 представляет собой систему каналов (4 вертикаль-
ных и блок горизонтальных каналов), по которым движется
жидкий металл, и печного трансформатора (рис. 8.10). В от-
личие от печей типа ИАК-6 и ИАК-13 в этой печи изготов-
Рис. 8.10. Индукционная единица печи ИАК-15/18.
1 — корпус; 2 — подина; 3 — подовый камень; 4 — магнитопровод трансфор-
матора; 5 — охлаждаемая плита; 6 — корпус вертикальных каналов; 7 — втул-
ка; 8 — теплоизоляция; 9 — индуктор; 10 — траверса; 11 — горизонтальный
канал; 12 — прокладка; 13, 14 — блок горизонтального канала и его корпус;
15 — вертикальный канал; 16 — вывод индуктора; 17, 18 — крепление индук-
ционной единицы.
184
Гл. 8. Производство сплавов в электрических печах
ление и сушка элементов футеровки производятся вне кар-
каса индукционной единицы, что облегчает контроль и улуч-
шает качество футеровки.
Крупнотоннажная канальная печь типа ИАК-25К выполнена
с 6 отъемными единицами и вертикальной осью вращения
(рис. 8.11). В аварийных ситуациях при полном сливе металла из
ванны с помощью сифона каждая единица имеет собственное
болото, позволяющее работать на мощности нагрева металла и
Рис. 8.11. Схематичное устройство печи ИАК-25К. .
7 — горизонтальный, 2 — вертикальный канал; 3 — ванна данной индукцион-
ной единицы.
I 8.2. Производство сплавов в индукционных печах 185
служащее для поддержания температуры футеровки подины и
ванны печи при замене вышедшей из строя единицы. Поворотом
печи вокруг вертикальной оси создается возможность для слива
расплава печи и собственного болота через летки, расположен-
ные в торцевой стенке горизонтального канала, в стационарную
емкость. Каналы на такой печи чистят только через металл.
Следует еще раз отметить, что канальные печи использу-
ются для плавки алюминиевых чушек или поддержания темпе-
ратуры жидкого металла и доводки его химического состава до
заданного, но практически не применяются для плавки лома и
отходов алюминия по причинам, изложенным выше. Более под-
робные сведения о конструкции ИКП, особенностях их эксп-
луатации, методах расчета приведены в [6, 7, 13—15, 18—20].
8.2.2. Индукционные тигельные печи (ИТП), которые также
называют индукционными печами без сердечника, наиболее
широко распространены для производства вторичных алюмини-
евых сплавов. Тигельная печь (см. рис. 8.7, б) представляет собой
тигель, как правило цилиндрической формы, выполненный из
огнеупорного материала и помещенный в полость индуктора,
подключенного к источнику переменного тока. Металлическая
шихта загружается в тигель, где поглощается выделяющаяся в ней
электромагнитная энергия, и далее нагревается и плавится.
Достоинства тигельных печей: выделение энергии непосред-
ственно в загрузке; интенсивная электродинамическая цирку-
ляция расплава в тигле; возможность создания в печи любой ат-
мосферы при любом давлении; возможность полного слива ме-
талла; простота и удобство обслуживания печи; высокая эколо-
гичность процесса плавки. К недостаткам этих печей следует от-
нести низкую температуру шлаков, которые нагреваются только
от металла; низкую стойкость футеровки из-за частых теплосмен.
Однако преимущества тигельных печей перед другими плавиль-
ными агрегатами столь значительны, что они нашли в после-
дние годы чрезвычайно широкое применение в самых разных
отраслях промышленности. ИТП разделяют на открытые (плав-
ка на воздухе), вакуумные (плавка в вакууме) и компрессион-
ные (плавка под избыточным давлением). По конструкции пла-
вильного тигля различают печи с керамическим (футерованным)
тиглем, с проводящим металлическим или графитошамотным
186
Гл. 8. Производство сплавов в электрических печах
Рис. 8.12. Футеровка тигельной
печи.
1 — плавильный тигель; 2 — слив-
ной носик; 3 — крышка; 4 — во-
ротник; 5 — тепловая изоляция;
6 — подина.
тиглем и с холодным (водо-
охлаждаемым металличес-
ким) тиглем.
ИТП имеют в общем
случае следующие основные
узлы: индуктор, каркас, маг-
нитопроводы или электро-
магнитные экраны, плавиль-
ный тигель, крышку и поди-
ну, механизм наклона печи.
Индуктор является ос-
новным элементом, создаю-
щим электромагнитное поле
и индуцирующим ток в загрузке. Кроме того, он воспринимает
тепловую и механическую нагрузки со стороны тигля. Ввиду
больших токовых нагрузок индуктор ИТП практически всегда
выполняется с водяным охлаждением, причем вода подается
вовнутрь медной трубки, из которой изготовлен индуктор.
С целью сокращения потерь от потоков рассеяния наибо-
лее часто в ИТП применяют магнитопроводы, которые кроме
своего основного назначения придают жесткость индуктору и
печи в целом. Футеровка тигельной печи (рис. 8.12) определяет
срок службы печи, и поэтому к ней предъявляются повышен-
ные требования.
Отечественной промышленностью серийно выпускаются
индукционные тигельные печи различной емкости и мощности
для плавки стали (серия ИСТ), чугуна (ИЧТ и ИЧТМ), мед-
ных (ИЛТ) и алюминиевых (ИАТ) сплавов. Для плавки алюми-
ния и его сплавов применяют ИТП промышленной частоты и
лишь в редких случаях (при высоких требованиях к чистоте
металла по содержанию оксидов и газов) — печи повышенной
частоты. Следует иметь в виду, что при использовании печей
8.2. Производство сплавов в индукционных печах
187
промышленной частоты загрузку свежей шихты следует вести в
болото. Основные характеристики ИТП, предназначенных для
плавки алюминия, приведены в табл. 8.4.
При соблюдении всех требований эксплуатации компания
печи, которая определяется в основном стойкостью футеров-
ки, составляет 12—15мес, а печи, работающие на переплавке
низкосортных отходов, имеют угар около 2 % при производи-
тельности печи 21—25 т/сут. 1
Рис. 8.13. Индукционная тигельная печь типа ИАТ-6М. -f
I — гидроцилиндр поворота печи; 2 — тигель; 3 — магнито-....
провод; 4 — кронштейн оси поворота печи; 5 — крышка; 6 —
дымоход; 7 — рабочая площадка; 8 — кожух; 9 — индуктор;
10 — рама; II — сигнальный электрод. < '
188
Гл. 9. Рафинирование и модифицирование сплавов
Таблица 8.4
> Технические характеристики ИТП, используемых для плавки алюминия
Тип печи Емкость печи, т Мощность, кВт Частота тока, Гц Производитель- ность, т/ч
ИАТ-0,4 0,4 170 50 0,28
0,4 610 500 1,0 » i
ИАТ-1 1,0 320 . 50 ? 0,56 Л;
ИАТ-2,5 2,5 765 . 50 ... 1,3 , „
2,5 1470 500 2,5
ИАТ-6 j 6,0 1100 50 2,0
ИАТ-10 10,0 2500 50 4,48
Общий вид ИТП печи типа ИАТ-6М представлен на
рис. 8.13, которая наиболее широко распространена на заводах
вторичной цветной металлургии и применяется для плавки раз-
личного вида лома и отходов. Более подробные сведения об
особенностях работы ИТП приведены в [6, 7, 13—15, 18, 19].
Г л а в а 9
Рафинирование и модифицирование сплавов
Чтобы получить изделия с заданными свойствами, необходимо
иметь сплавы определенной чистоты, т.е. с определенным мак-
симально допустимым содержанием примесей. В разд. 2.2 и в гл. 6
приведены основные пути образования примесей в сплавах и
описано влияние отдельных видов примесей на свойства спла-
ва. Повышение качества сплава удалением из него вредных при-
месей называется рафинированием. В зависимости от вида при-
меси используются различные методы их удаления, основные
из которых рассматриваются в этой главе.
9.1. Виды примесей и способы их удаления -
Все примеси можно разделить на три группы: Г
— металлы; ,. >
— неметаллические включения; ,
— газы.
9.1. Виды примесей и способы их удаления
189
Металлы, находящиеся в алюминиевом сплаве, образуют
сложную систему структурных составляющих, свойства, коли-
чество и форма которых определяют свойство сплава. Метал-
лы, ухудшающие в данной композиции свойства сплава, яв-
ляются вредными примесями, и содержание их в сплаве огра-
ничивается. В большинстве алюминиевых сплавов вредная при-
месь — железо, во многих литейных сплавах — цинк и маг-
ний, а в деформируемых сплавах — кремний. В ряде сплавов к
вредным примесям относятся свинец, олово и др. Ограничен-
ные возможности сортировки лома и отходов по виду сплава,
наличие металлических приделок и загрязнений исходного
сырья — вот основные пути попадания металлических приме-
сей в сплав.
Сплавы в процессе плавки загрязняются также и неметал-
лическими примесями: оксидами, нитридами, карбидами и др.
Часть из них вносится с шихтой, но основная масса образуется
в процессе плавки в результате взаимодействия металла с печ-
ными газами и с футеровкой печи. Прежде всего это относится
к оксиду алюминия, из которого преимущественно и состоят
неметаллические примеси. Твердые неметаллические включения
по их размерам можно подразделить на две группы: дисперс-
ные включения оксидов и грубые включения в виде шлака и
обрывков оксидной пленки.
Газы, которыми насыщается сплав, вследствие их незначи-
тельного растворения в холодном металле, образуют в отлив-
ках газовые раковины или поры, значительно ухудшающие ме-
ханические свойства изделий. Как было показано выше, более
80 % содержащихся в алюминии газов приходится на водород.
Склонность алюминиевых сплавов к обогащению твердыми
и газообразными неметаллическими включениями в процессе
выплавки и высокая устойчивость системы неметаллическое
включение — расплав приводят к необходимости его рафини-
рования, поскольку включения ухудшают ряд свойств сплавов,
а следовательно, основные характеристики изготовленных из
них изделий.
Методически рафинирование принято рассматривать как две
самостоятельные задачи: удаление из расплава неметаллических
примесей (газов и твердых частиц) и очистка расплава от метал-
190
Гл. 9. Рафинирование и модифицирование сплавов
лических примесей. Для решения каждой из них используются
отдельные методы, но практически же при удалении металличес-
ких примесей часто удаляются также газы и твердые примеси.
В основу всех методов рафинирования от неметаллических
примесей заложен принцип фазового разделения расплава, т.е.
должны быть решены две задачи: выделение примеси в новую фазу
и наиболее полное разделение фаз. Такие примеси можно переве-
сти из расплава в твердое или газообразное состояние, изменив
давление или температуру, либо введя в расплав активные веще-
ства, способные выделиться в виде новой фазы. Разделение фаз в
данном случае достигается способами, в основе которых лежат
следующие закономерности: гравитационные (разделение по плот-
ности); механические (фильтрация); адсорбционные (флюсование
и др.); газовые (изменение парциальных давлений).
Указанные закономерности реализуются при использовании
таких методов, как: отстаивание; обработка ультразвуком; вы-
мораживание; введение в расплав веществ, взаимодействующих
с газами или изменяющих растворимость газов в металле; про-
дувка инертными или активными газами; обработка флюсами,
потоком инертного газа или вакуумом; воздействие электромаг-
нитным или постоянным электрическим полем; фильтрация.
Рафинирование алюминиевых сплавов от металлических
примесей осуществляют более сложными способами, чем уда-
ление неметаллических примесей: воздействием химическими
реагентами; разделением фаз кристаллизацией; вакуумной дис-
тилляцией; избирательной растворимостью; образованием суб-
соединений; электролизом, а также комбинацией этих методов.
Перейдем к рассмотрению используемых методов рафини-
рования в ходе приготовления алюминиевых сплавов из лома и
отходов. :
в
9.2. Отстаивание и фильтрация расплава «
Отстаивание является одной из технологических операций, в
процессе которой может происходить удаление из алюминиевого
расплава водорода и неметаллических включений. j
о. , . . п
9.2. Отстаивание и фильтрация расплава
191
Твердые оксидные включения, находящиеся в расплаве во
взвешенном состоянии, при отстое могут выделяться благо-
даря разнице в плотности. Последняя для различных модифи-
каций оксида алюминия лежит в пределах 2,4—4,0 г/см3, а
плотность жидкого алюминия при температуре 750 °C состав-
ляет 2,35 г/см3 [21]. Поэтому при отстое сплава возможно осаж-
дение оксидных включений на дно ковша или печи, причем
более крупные частицы будут осаждаться быстрее. Кроме того,
возможно и всплытие оксидных включений на поверхность
расплава вместе с адсорбированным на их поверхности во-
дородом. Отстаивание расплава в ковшах в производстве пер-
вичного алюминия применяется прежде всего для понижения
его температуры. Но при этом увеличивается плотность алю-
миния, что способствует ускорению всплывания шлако-
вых включений на поверхность. Кроме того, примеси магния
и натрия, всплывая на поверхность, окисляются кислоро-
дом воздуха и сгорают, одновременно с чем происходит ча-
стичное удаление из металла металлических включений и во-
дорода.
Газосодержание расплава С, достигнутое в результате от-
стаивания, изменяется в зависимости от парциального давле-
ния водяных паров р и абсолютной температуры расплава Т и
описывается уравнением [21]:
lg С = -(5800 : Г) + 4,58 + 0,51g р,
где С — содержание водорода в расплаве, см3/100 г; Т — абсо-
лютная температура расплава, К; р — парциальное давление
водяных паров, мм рт. ст.
На рис. 9.1 графически представлена та же зависимость со-
держания водорода от парциального давления водяных паров в
атмосфере и отложены соответствующие значения температу-
ры атмосферы при относительной влажности воздуха 50 и 100 %.
В зависимости от соотношения между газосодержанием распла-
ва и влажностью атмосферы в процессе отстаивания расплава
могут наблюдаться как его дегазация, так и повышение содер-
жания в нем водорода.
192
Гл. 9. Рафинирование и модифицирование сплавов
11,3 22,5 34,2 41,5 47,2 51,5
Рис. 9.1. Зависимость равно-
весного содержания Н2 в
алюминии при 750 (7) и
700 °C (2) от парциального
давления водяных паров в
атмосфере и температуры
атмосферы при относитель-
ной влажности 100 и 50 %
соответственно.
Парциальное давле-
ние водяных паров в ат-
мосфере, т.е. ее абсолют-
ная влажность, растет с
увеличением относитель-
ной влажности и темпе-
ратуры, с чем и связано
наблюдаемое в летнее
время повышение газосо-
держания расплавленного
алюминия.
Удаление водорода из жидкого алюминия может происходить
путем или диффузии атомов водорода через расплав, или образо-
вания пузырьков, состоящих из молекул газа. Последнее возможно
в случае, если содержание водорода в расплаве превышает его ра-
створимость (рис. 9.2). Как видно из этого рисунка, растворимость
водорода при атмосферном давлении и температуре 700°С состав-
ляет около 1,0см3/100г, что, как правило, превышает газосодер-
жание сплава, образующееся в процессе его приготовления. Следо-
вательно, в процессе отстаивания расплава происходит выделение
из него водорода путем диффузии, причем очень медленно и тор-
мозится наличием на поверхности расплава оксидной пленки.
Вследствие низкой эффективности дегазации и отстоя не-
металлических включений рассмотренный метод имеет ограни-
ченное применение.
Фильтрация является одним из наиболее распространен-
ных способов рафинирования алюминиевых сплавов, который
заключается в том, что расплавленный металл пропускают
9.2. Отстаивание и фильтрация расплава
193
Рис. 9.2. Растворимость во-
дорода в алюминии при ат-
мосферном давлении в за-
висимости от температуры.
через фильтры, подраз-
деляющиеся на сетча-
тые и активные [22]; при
этом происходят очист-
ка металла от неметал-
лических примесей и ча-
стично дегазация. При использовании сетчатого фильтра не-
металлические включения отделяются чисто механическим
путем, а при применении активных фильтров — физико-хи-
мическим.
В качестве сетчатых фильтров, которые широко распрост-
ранены для очистки расплава от крупных включений и пле-
нок (больше, чем размеры ячейки сетки), применимы сетки
из титана, нержавеющей стали и стеклоткани. Доступность,
малая стоимость, удобство и простота смены фильтра разо-
вого действия предопределили почти повсеместное использо-
вание фильтров из стеклоткани, изготовленной из алюмобо-
росиликатного стекла. Применяют сетки марок ССФ-0,6—О
(размер ячейки 0,6x0,6 мм); ССФ-1,0—0 (1x1) и ССФ-4
(1,7x1,7), которые обладают достаточной прочностью и стой-
костью в течение 4—6 ч при температуре расплава не более
720 °C. Выбор размеров ячейки сетки определяется величиной
поверхностного натяжения расплава и расходом металла. Ус-
тановлено [13], что расплавы при его высоте над фильтром до
100 мм не проходят через ячейки размером менее 0,5x0,5 мм.
По данным П.Е. Ходакова (цит. по [13]), фильтры из сетки
ССФ-0,6—0 целесообразно использовать при удельном расходе
расплава до 0,1 кг/(см2 • мин), а из стеклоткани ССФ-1,0—0 —
более 0,1 кг/(см2.мин).
Фильтры из стеклоткани устанавливают в распределитель-
ных коробках и кристаллизаторах, в литниковых каналах и раз-
даточных чашах и тиглях и пр. Принципиальная схема установ-
ки сетчатого фильтра представлена на рис. 9.3.
13 Заказ №215
194
Гл. 9. Рафинирование и модифицирование сплавов
Рис. 9.3. Схема фильтровальной
установки.
Другим видом фильтра-
ции является фильтрование
расплава через слой кусков из
различных материалов, и в
зависимости от состава мате-
риал фильтра может быть
“инертным” или “активным”.
Материалами для инертных фильтров служат обычно куски
огнеупорных материалов — корунда, магнезита, шамота и пр.
Размер кусков фильтра составляет 5—30 мм, а толщина филь-
трующего слоя — 50—200 мм.
Очистка металлических расплавов от взвешенных включе-
ний при фильтрации через зернистые фильтры обусловлена
механическими и адгезионными процессами. Первым из них
принадлежит решающая роль при отделении крупных включе-
ние. 9.4. Схема фильтрования через кусковый фильтр.
1 — печь; 2 — желоб; 3 — кусковый фильтр; 4 — кристаллизатор.
i К ЯЙ.
9.2. Отстаивание и фильтрация расплава
195
ний и пленок, вторым — тонко дисперсных включений. Фильт-
ры задерживают включения, размер которых превышает диаметр
каналов между зернами, и поэтому качество очистки будет тем
выше, чем меньше диаметр зерен фильтра и чем плотнее их
укладка. Фильтры, смачивающиеся расплавами, более эффек-
тивны, чем несмачивающиеся. Простейшая конструкция куско-
вого фильтра приведена на рис. 9.4. Практикой установлено, что
оптимальная высота фильтрующего слоя для данной конструк-
ции составляет 80—100 мм при крупности кусков 5—8 мм. Верх-
ний слой фильтра должен находиться под слоем металла высо-
той 130—150 мм, а истечение его после фильтрования будет
происходить под поверхность металла. При выборе конструкции
фильтра следует принимать расход металла на единицу эффек-
тивной площади фильтра, равный 2,0—4,0 кг/(см2 • ч) [21].
В практике литья применяются и более сложные схемы и
конструкции фильтров, один из которых приведен на рис. 9.5.
Для создания большой плотности упаковки зерен фильтр име-
Рис. 9.5. Схема непрерывной фильтрации расплава через кусковый
фильтр при литье слитков.
1 — печь; 2 — прилеточный короб; 3 — кусковый фильтр; 4 — кристаллизатор.
196
Гл. 9. Рафинирование и модифицирование сплавов
ет несколько слоев: нижний толщиной 60—80 мм, средний —
основной фильтрующий слой — толщиной 140—150 мм и верх-
ний толщиной 70—80 мм, причем верхний и нижний слои со-
стоят из гранул размером 10—20 мм, а средний — из гранул 5—
10 мм. Большой интерес представляет фильтрация расплава че-
рез углеродистые материалы — кокс, графит и т.д. По данным
[23], применение коксового фильтра наиболее эффективно сни-
жает содержание натрия в алюминии по сравнению с другими
видами фильтров.
Большой интерес представляет фильтрация через порис-
тые пластины [6] и трубы [6, 21], которые изготавливаются
из спеченных керамических материалов. Данный способ не
нашел широкого применения из-за значительной стоимости
и забивания пор неметаллическими включениями, однако его
успешно используют за рубежом при приготовлении сплавов
Рис. 9.6. Схема тонкой фильтрации через керамические фильтры.
1 — подача металла; 2 — крышка установки; 3 — нагревательный элемент;
4 — летка; 5 — камера для отфильтрованного металла; 6 — камера фильтрова-
ния; 7 — керамические трубчатые фильтры.
9.2. Отстаивание и фильтрация расплава
197
с высокими требованиями к качеству металла, поскольку по-
зволяет задерживать твердые частицы размером более 8 мкм.
В отличие от насыпных кусковых такой фильтр имеет струк-
туру твердого пористого тела с фиксированным размером пор.
Подобная установка с использованием керамических трубча-
тых фильтров приведена на рис. 9.6 и представляет собой обо-
греваемую двухкамерную конструкцию, футерованную огне-
упором.
В качестве активных фильтров применяются куски плавле-
ных флюсов, состоящих из хлоридов и фторидов. Температура
плавления этих флюсов должна быть выше температуры филь-
труемого металла. К таким флюсам относится, например, флюс,
состоящий из 50 % MgF2 и 50 % CaF2. Материалом для активно-
го фильтра может служить застывший электролит электролиз-
ных ванн, основой которого является криолит. Эффективными
оказались также фильтры, состоящие из гранулированного ок-
сида алюминия, пропитанные эвтектической смесью NaCl с КО.
При фильтровании через активные фильтры в дополнение к
механическому фильтрованию происходит очистка расплава от
оксидных включений и водорода за счет их адсорбции матери-
алом фильтра.
Эффективным способом рафинирования является филь-
трование через жидкий флюс. При таком способе струя рас-
плавленного металла проходит через слой флюса и очищает-
ся за счет взаимодействия жидкого флюса с частицами ок-
сидных включений. Эффективность данного способа зависит
от поверхности и времени соприкосновения между частица-
ми и флюсом, и поэтому целесообразно дробить струю ра-
финируемого металла на множество мелких струй и увеличи-
вать толщину слоя рафинирующего флюса. По данным [22],
при использовании жидкого активного флюса, содержащего
45 % КС1, 45 % NaCl и 10 % Na3AlF6, газосодержание сплава
АК5М7 снизилось на 47 %, а количество оксида алюминия —
на 53 %.
Распространенным вариантом этого способа является так
называемое электрофлюсовое рафинирование, при котором для
поддержания флюса в расплавленном состоянии через него про-
пускают электрический ток силой 900—1200 А при напряжении
198
Гл. 9. Рафинирование и модифицирование сплавов
Рис. 9.7. Схема установки для электрофлюсового рафинирования алю-
миниевых сплавов.
1 — лоток; 2 — кольцевой токоподвод; 3 — изолятор; 4 — емкость; 5 — пере-
городка; 6 — флюс; 7 — расплавленный металл; 8 — пробка.
30 В (рис. 9.7). В результате прохождения тока происходит элек-
тролитическое разложение поглощенного флюсом оксида алю-
миния, что обеспечивает возможность длительной работы без
смены флюса. Недостаток этого способа — высокая токсичность
выделяющихся паров жидких флюсов и недостаточная эффек-
тивность удаления водорода.
В ряде случаев стремятся совместить в одном аппарате
фильтрацию и дегазацию сплава пропусканием через расплав
инертных или активных газов, действие которых рассматрива-
ется ниже.
лЖ,: «пил
9.3. Флюсование и обработка постоянным током
г М :> У А
При плавке алюминиевого лома и отходов применяют два вида
флюсов: покровные и рафинирующие. Использование и на-
значение первого вида флюсов описано в разд. 6.6. Рафини-
рование расплава от неметаллических примесей флюсами
9.3. Флюсование и обработка постоянным током
199
(флюсование) заключается в применении твердого флюса,
который плавится при введении его на поверхность или во-
внутрь расплава.
К рафинирующим флюсам предъявляются следующие тре-
бования:
— температура плавления флюса и алюминиевого сплава
должны быть близки;
— плотность флюса должна быть меньше плотности сплава;
— должен растворять или хорошо смачивать оксид алю-
миния;
— должен снижать межфазовое натяжение на границе жид-
кий металл — жидкий флюс с целью слияния и укрупнения
мелких капель жидкого металла;
— вязкость флюса не должна быть большой для лучшего
отделения от металла.
Необходимо отметить, что принятое деление флюсов на
покровные и рафинирующие достаточно условно, так как по-
кровные флюсы, как правило, обладают рафинирующим дей-
ствием.
В качестве флюсов преимущественно применяются смеси
хлоридов и фторидов щелочных и щелочно-земельных металлов,
а также криолит, которые готовят путем смешения тщательно
просушенных солей или их сплавления и последующего измель-
чения. Особенной популярностью пользуется у производствен-
ников смесь NaCl и КС1 по причинам, изложенным в разд. 6.6.
При использовании рафинирующих флюсов их замешива-
ют в расплав, где они поглощают взвешенные в расплаве ок-
сидные включения, поскольку силы молекулярного взаимодей-
ствия между оксидными включениями и флюсом сильнее, чем
между оксидными включениями и жидким металлом. После за-
мешивания флюсы поднимаются на поверхность металла (так
как их плотность меньше, чем у жидкого алюминия) вместе с
поглощенными ими оксидными включениями и со связанным
с ними водородом. Кроме того, дегазирующее действие флю-
сов может быть обусловлено некоторой их летучестью при тем-
пературе расплава. При этом находящийся в расплаве водород
в результате диффузии смешивается с парами флюса и вместе
200
Гл. 9. Рафинирование и модифицирование сплавов
Таблица 9.1
Состав флюсов для рафинирования алюминиевых сплавов, %
Область применения NaCl KC1 Na,AlF6 MgCl2 + KC1 CaF2 NaF
Для всех алюминиевых сплавов, кроме Al — Mg и Al — Mg — Si 50 50
30 47 23 — — —
39 50 6,6 — 4,4 —
50 35 15 — — —
Для сплавов Al — Si 45 — 15 — — 40
50 10 10 — — 30
Для сплавов Al — Mg и Al - Mg - Si — — 60 40
с ними удаляется из металла, чему способствует находящийся
на поверхности расплава флюс, разрушающий оксидную плен-
ку. Расход флюса составляет 0,5—1,0 % от массы металла, а при
переработке загрязненной стружки и шлаков во вращающейся
печи достигает 50 %.
Составы некоторых флюсов, применяемых в промышлен-
ности для рафинирования алюминиевых сплавов, приведены в
табл. 9.1.
При рафинировании вторичных алюминиевых сплавов осо-
бенно эффективно так называемое нижнее флюсование [22],
при котором используют флюс с плотностью, большей, чем у
сплава, например флюс с содержанием 85 % СаС12 и 15 % CaF2.
Засыпанный на поверхность подогретого до 780—800 °C рас-
плава порошкообразный флюс оплавляется и тонет, а вместе
с ним тонут и частицы шлаковых включений. Очистка сплава
происходит в течение 5—7 мин, но полностью сливать сплав
из печи нельзя, 8—10 % его нужно оставлять в печи и исполь-
зовать повторно.
Многочисленными исследованиями [22] показано, что водо-
род в жидком металле содержится в ионизированном состоянии,
и поэтому был предложен способ дегазации жидких металличес-
ких расплавов постоянным током. В ходе исследований установ-
лено, что небольшая плотность тока (0,3—1,0 А/мм2) обусловли-
вает преимущественно диффузионное удаление водорода, а по-
9.4. Вакуумирование и обработка ультразвуком
201
вишенная плотность тока до 3 А/мм2 обеспечивает снижение со-
держания водорода через стадию образования пузырьков. Одна-
ко после рафинирования и перелива расплава в раздаточные печи
происходит постепенное увеличение содержания водорода в спла-
ве. Таким образом, несмотря на теоретическую возможность де-
газации водорода постоянным током, применение данного ме-
тода нецелесообразно.
9.4. Вакуумирование и обработка ультразвуком
При вакуумировании жидкий алюминиевый сплав выдерживает-
ся под давлением 0,5—10,0 мм рт.ст. Вместе с уменьшением дав-
ления над расплавом снижается и парциальное давление водя-
ных паров, что в соответствии с рис. 9.1 понижает содержание
водорода в расплаве. Это приводит к тому, что водород из рас-
плава удаляется путем не только диффузии, но и выделения пу-
зырьков, так как давление атмосферы над расплавом становит-
ся меньше парциального давления выделяющегося водорода.
В слоях расплава, лежащих на некоторой глубине под его
поверхностью, образование пузырьков водорода затрудняется
дополнительным давлением верхних слоев, и поэтому наибо-
лее интенсивно оно будет происходить в верхних слоях. Для
ликвидации этого негатив-
ного явления в процессе
вакуумирования приходит-
ся применять перемешива-
ние, при котором весь рас-
плав поочередно попадает
в верхний слой. Следова-
тельно, дегазация сплава, а
Рис. 9.8. Кинетика дегазации
сплава АМгб при давлении
133,3 Па и температуре 700—
730 °C при глубине ванны 800
(7), 400 (2) и 100 мм (5). ,
202
Гл. 9. Рафинирование и модифицирование сплавов
значит, и продолжительность операции зависит от глубины ван-
ны, что хорошо видно на рис. 9.8, иллюстрирующем содержа-
ние водорода С в 100 см3 сплава в зависимости от времени т.
Образование пузырьков водорода происходит в первую оче-
редь на оксидных включениях, взвешенных в расплаве, благо-
даря чему они вместе с прилипшими пузырьками водорода
всплывают на поверхность.
Итак, вакуумирование позволяет не только дегазировать
металл и рафинировать его от неметаллических включений, но
и (как показано далее в этой же главе) очищать от цинка и
магния. Вакуумирование осуществляется в тиглях, помещаемых
в вакуумные камеры, в специальных вакуумных ковшах и мик-
серах емкостью 10—25 т, а также в вакуум-печах, конструкция
которых приводится ниже.
Недостатками описанного метода рафинирования являют-
ся сравнительная сложность, высокая стоимость оборудования,
а также трудности, связанные с его эксплуатацией, особенно
при вакуумировании больших масс металла в миксерах. Поэто-
му данный способ рафинирования применяется при приготов-
лении сплавов с повышенными требованиями по газосодержа-
нию и механическим свойствам.
Обработка ультразвуком. Этот метод заключается в воздей-
ствии на расплав механических колебаний звуковой и, особен-
но, ультразвуковой частоты (20 кГц), под влиянием которых в
расплавленном металле наблюдается явление кавитации, при-
водящее к разрыву сплошности в жидкой фазе с образованием
пустот, в которые перемещается растворенный в металле газ. Та-
ким образом, упругие колебания способствуют формированию
зародышей газовых пузырьков, стимулируют их дальнейший рост
и удаление газа из расплава.
Результаты исследований дегазации газа в индукционной
печи [22] показали, что ультразвуковая обработка расплава в
течение 30 мин обеспечила полную дегазацию расплава.
Ультразвуковая обработка является эффективным методом
рафинирования небольших масс металла, но при крупнотоннаж-
ном производстве этот метод не получил распространения из-
за сложности оборудования.
9.5. Рафинирование сплавов продувкой газами
203
9.5. Рафинирование сплавов продувкой газами
Очистка расплавов продувкой газами основана на диффузии во-
дорода в пузырьки продуваемого газа и флотирующего действия
пузырьков продуваемого газа на твердые неметаллические вклю-
чения. Для продувки алюминиевых расплавов применяют нейт-
ральные (аргон, азот) и активные (хлор, хлоразотная смесь)
рафинирующие газы. Таким образом, данный способ рафиниро-
вания оказывает на расплав дегазирующее (от водорода) действие
и осуществляет очистку его от неметаллических примесей. При
использовании газов следует иметь в виду, что наилучший резуль-
тат может быть получен при проведении рафинирования непос-
редственно перед разливкой сплава в слитки или изделия. После
рафинирования в ковше или в миксере (печи) сплав успеет вновь
поглотить определенное количество водорода и на его поверхно-
сти вновь образуется оксидная пленка.
9.5.1. Обработка инертными газами. В качестве инертных газов
для алюминия и его сплавов, содержащих не более 2 % магния,
применяют азот, а для сплавов с более высокой концентрацией
магния — аргон, гак как рафинирование расплава сопровожда-
ется потерей магния до 0,01 % от его исходного содержания.
Рафинирующее действие инертного газа проявляется за
счет диффузии водорода, растворенного в сплаве, в пузырьки
инертного газа. В начальный момент после образования пузырь-
ка парциальное давление водорода в нем равно нулю и водо-
род диффундирует вовнутрь пузырька. В результате парциаль-
ное давление водорода в пу-
зырьке по мере его подъе-
ма растет до тех пор, пока
не достигнет такого значе-
ния, при котором переход
из жидкого расплава в пу-
зырек прекращается.
Рис. 9.9. Изменение поверх-
ности контакта 5 рафинирую-
щего газа с расплавом в за-
висимости от диаметра пу-
зырьков d„.
204
Гл. 9. Рафинирование и модифицирование сплавов
При одной и той же массе пропускаемого через расплав газа
рафинирующий эффект возрастает с увеличением не только
поверхности контакта S пузырьков газа с расплавом за счет
уменьшения диаметра пузырька dn (рис. 9.9), но и высоты слоя
рафинируемого металла. Так, по данным [24], при увеличении
высоты продуваемого слоя расплава с 200 до 400 мм степень
дегазации возрастает с 41 до 63 %. Кроме того, согласно фор-
муле Стокса с уменьшением радиуса R (см) пузырьков снижа-
ется и скорость V (см/с) их всплывания [6]:
V = 2R1g(de- JB):9p,
где g — ускорение силы тяжести, см/с2; dc, ds — плотность спла-
ва и водорода соответственно, г/см3; г] — вязкость расплава,
г/(см • с). г ' 1
Для уменьшения диаметра пузырьков инертного газа его
пропускают через пористые насадки из шамота или других ог-
неупорных материалов.
Увеличение температуры сплава приводит к возрастанию в
п раз объема рафинирующего газа, необходимого для извлече-
ния из расплава одного и того же количества водорода [24]:
t, °C 660 700 725 750 800 850 -.р
п 0,6 1,0 1,4 1,8 3,3 5,5 '!р '
Поэтому с целью снижения расхода газа рафинирование не
следует вести при высоких температурах. Однако снижение тем-
пературы расплава способствует увеличению его вязкости (зна-
чения которой в зависимости от температуры и химического
состава приведены в [25]) и снижению скорости всплывания
примесей. Следовательно, температурный режим рафинирования
необходимо выбирать с учетом указанных особенностей.
Важнейшим условием эффективности рафинирования явля-
ется низкое содержание в инертном газе влаги и кислорода.
Водяной пар реагирует с расплавленным алюминием с образо-
ванием водорода и оксида алюминия; чем выше содержание во-
дяных паров в инертном газе, тем больше остаточное количе-
ство водорода в сплаве после рафинирования, и эта зависимость
аналогична приведенной на рис. 9.1.
9.5. Рафинирование сплавов продувкой газами
205
Кислород, содержащийся в инертном газе, взаимодействуя
с алюминием, образует на поверхности пузырьков оксидную
пленку, препятствующую диффузии водорода из расплава во-
внутрь пузырька.
Практически влажность инертного газа не должна превы-
шать 0,3 г/м3, а объемная доля кислорода в нем составляет 0,03 %
по объему. Поэтому при использовании газов для рафинирова-
ния необходимо очищать их от водяных паров и кислорода, что
подробно рассмотрено в [24].
При продувке расплава инертным газом наряду с дегаза-
цией происходит также удаление из расплава оксидных вклю-
чений и связанного с ними водорода за счет адсорбционного
воздействия на пузырьки газа, вместе с которыми они всплы-
вают на поверхность расплава.
Следует иметь в виду, что в случае использования азота при
атмосферном давлении над расплавом и содержании водорода в
сплаве 0,3—0,4 см3/100 г последний способен адсорбировать объем
водорода, равный 10 % его собственного объема. Однако по мере
снижения количества водорода в сплаве уменьшается и объем
удаляемого газа. При содержании водорода в сплаве 0,1 см3/100 г
азот может удалить объем водорода, соответствующий 1 % свое-
го объема [25]. Значительно эффективнее действует аргон.
Практически указанный способ рафинирования может быть
реализован путем продувки расплава в ковше или миксере. Ус-
тройства, применяемые для этих целей, описаны в [4, 21]. По
мнению E.F. Emlej [26], использование нейтральных газов для
рафинирования от неметаллических включений неэффективно
и даже может привести к загрязнению металла.
9.5.2. Обработка активными газами. Используемые для рафи-
нирования активные газы непосредственно реагируют с водо-
родом и тем самым повышают процесс дегазации. Ранее в ка-
честве такого газа для рафинирования алюминия и его сплавов
широко использовали хлор, который вступал во взаимодействие
вначале с алюминием, а затем и с водородом по реакциям
2А1 + ЗС12 = 2А1С13; С12 + 2Н = 2НС1. ,.)F
Хлор при введении в алюминиевый расплав образует с
ним газообразный хлорид алюминия, температура возгонки
которого равна 181 °C, а со сплавами, содержащими маг-
206
Гл. 9. Рафинирование и модифицирование сплавов
ний,— жидкий или твердый хлорид магния (/ПЛ = 714°С) и
при наличии натрия — хлорид натрия (trui = 801 °C). Эти соли
возникают на поверхности пузыря и заметно изменяют ее
свойства, облегчая переход атомов водорода в газовую фазу
и закрепление твердых неметаллических частиц. Водород, про-
никший в пузырь, связывается с хлором в устойчивое со-
единение НС1, разложению которого алюминием препятствует
солевая пленка на пузыре. В результате парциальное давление
водорода в пузырьке по мере его подъема не возрастает, что
благоприятствует дегазации сплава. Таким образом, хлор про-
изводит как химическое, так и физическое воздействие на
алюминиевый расплав.
При содержании в сплаве магния хлор в первую очередь
будет реагировать с магнием вследствие большого сродства
последнего с хлором. Для удаления 0,1 % магния из расплава
необходим расход хлора 0,9 м3/т. На этом принципе основан
процесс очистки вторичных алюминиевых сплавов от магния,
который рассматривается в разд. 9.7.
Существенным недостатком рафинирования хлором явля-
ется высокая токсичность самого хлора и образующихся при
рафинировании хлоридов алюминия и водорода. Данный не-
достаток частично можно устранить использованием вместо
чистого хлора его смеси с инертным газом (например, 10 %
хлора и 90 % азота); при этом сохраняется высокая рафини-
рующая способность такой смеси, характерная для рафини-
рования хлором.
Необходимо отметить, что применение хлора для рафини-
рования приводит к формированию сыпучих шлаков, легко от-
деляющихся от расплавленного металла и не образующих шла-
ковых настылей в ковшах, в отличие от кашеобразного мокро-
го шлака, возникающего при продувке нейтральными газами. Эта
разница обусловлена наличием в шлаке солей в результате хи-
мического взаимодействия хлора с расплавом.
Газообразный хлор до 1965 г. широко применялся на оте-
чественных алюминиевых заводах для рафинирования пер-
вичного алюминия, при этом расход хлора составлял 0,2—
0,6 кг/т алюминия. В дальнейшем на алюминиевых заводах Рос-
сии хлорирование первичного алюминия было исключено из
9.5. Рафинирование сплавов продувкой газами
207
технологического процесса не только из-за токсичности хло-
ра и продуктов его взаимодействия с алюминием, но и вслед-
ствие того, что оно не обеспечивает защиту алюминия от по-
вторного загрязнения водородом при взаимодействии с атмо-
сферой при плавке и переливе его при литье. Однако во мно-
гих странах при производстве конечной продукции из алю-
миния и его сплавов (литые детали, катанка и т.д.) хлориро-
вание находит довольно широкое применение. Фирма
“Reynolds Metals” (США) рафинирует алюминиевые сплавы
продувкой смесью газов (%): 15 — хлора, 11— оксида угле-
рода и 74 — азота. Этот способ, который известен под назва-
нием Trigas, обеспечивает снижение содержания водорода с
0,3 до 0,1 см3/100г и кислорода с 0,01 до 0,0018 %. При оди-
наковой эффективности с хлором этот способ менее вреден
и более дешев [2].
Хлор в смеси с нейтральными газами и в сочетании с флю-
сами и фильтрами находит широкое применение во многих стра-
нах (см. разд. 9.6).
9.5.3. Обработка летучими хлоридами. Существуют хлориды,
которые при взаимодействии с жидким алюминием разлагают-
ся с выделением хлора, который, в свою очередь, вступает во
взаимодействие с расплавом и образует хлорид алюминия, а
рафинирующее действие последнего аналогично действию хло-
рида алюминия, получающегося при непосредственном введе-
нии хлора.
Для рафинирования используют такие хлориды, как хлорид
цинка (ZnCI2), хлорид марганца (МпС12), хлорид хрома (СгС16),
хлорид алюминия (А1С13) и гексахлорэтан (С2С16).
Применяемые для рафинирования предварительно просу-
шенные или переплавленные хлориды вводятся в расплав с
помощью графитового или футерованного стального колоколь-
чика. Реакция взаимодействия хлоридов с алюминием происхо-
дит следующим образом:
ЗМё С1„ + пА1 = яА1С13 + ЗМе.
Итак, в результате выделяется газообразный хлорид алю-
миния, а восстановленный металл (цинк, марганец, хром)
переходит в расплав, что в ряде случаев нежелательно. Поэтому
208
Гл. 9. Рафинирование и модифицирование сплавов
наиболее приемлемым из хлоридов является гексахлорэтан, так
как он малогигроскопичен и при взаимодействии с алюминием
не образует веществ, растворимых в алюминии:
ЗС2С16 + 2А1 = ЗС2С14 + 2А1С13,
а рафинирующее действие полученных продуктов взаимодей-
ствия — тетрахлорэтилена и хлорида алюминия — аналогично
действию хлора. Для удобства применения гексахлорэтан спрес-
совывают в таблетки вместе с наполнителем, замедляющим
выделение газа, и утяжелителем, позволяющим таблетке опус-
титься на дно ванны. По мнению Г.С. Макарова [24], использо-
вание гексахлорэтана более целесообразно из-за отсутствия в его
составе кислорода, что позволяет получать достаточный рафи-
нирующий эффект без дополнительного образования оксидных
пленок на поверхности расплава.
9.6. Установки для комбинированного рафинирования
Рассмотренные различные способы рафинирования используются
как в отдельности, так и в комбинации друг с другом. Особенно
распространены установки, в которых продувка расплава инерт-
ными и/или активными газами сочетается с его фильтрованием.
Оценка эффективности рафинирования тем или иным ме-
тодом весьма затруднительна, поскольку зависит от условий его
применения и количества рафинируемого сплава. Но в обычных
условиях, по мнению М.Б. Гохштейна и Я.И. Морозова [21],
наибольшую степень дегазации дает вакуумирование, а наилуч-
шую очистку от оксидных включений — электрофлюсовое рафи-
нирование. Однако E.F. Emely [26] считает, что для удаления не-
металлических примесей наиболее эффективны методы обработки
расплава жидкими флюсами и фильтрация через пористые кера-
мические фильтры, а для дегазации он отдает предпочтение спо-
собу продувки расплава хлором или смесью его с аргоном (или
азотом) при наличии на поверхности расплава покровного флюса.
Поэтому в практических условиях используют комбинированные
методы рафинирования, дающие высокую степень очистки рас-
плава от газа и неметаллических включений одновременно.
9.6. Установки для комбинированного рафинирования
209
Как показала практика, эффективность очистки металла
от примесей зависит от места расположения установки рафи-
нирования. Рафинирование сплава в транспортных ковшах
проводить нецелесообразно, потому что при переливе метал-
ла в печь или миксер он вновь загрязняется оксидными плен-
ками и газом. Кроме того, малоэффективно рафинировать рас-
плав в миксере или печи перед началом литья различными
флюсами или газами потому, что приходится обрабаты-
вать большие количества металла и снижать из-за этого про-
изводительность установки. Следует еще учесть, что в процес-
се литья металл вновь будет загрязняться газами и оксидом
алюминия.
В связи с изложенным наибольшее применение находят
такие установки, которые обеспечивают непрерывный или по-
лунепрерывный процесс рафинирования металла в потоке в
непосредственной близости к литейным агрегатам, которые
производят чушки, слитки или катанку. Такое внепечное рафи-
нирование достаточно эффективно и позволяет исключать пос-
ледующее загрязнение металла, не снижать производительнос-
ти плавильно-литейного агрегата и осуществлять рафинирова-
ние в малом объеме металла.
За последние годы широкое распространение получили ус-
тановки различных конструкций для рафинирования путем од-
новременной фильтрации и обработки расплава газами [21]. Не-
которые сведения о разработанных и используемых за рубежом
методов очистки алюминия от газов и неметаллических приме-
сей приведены в [3, 27]. Отметим лишь, что в качестве фильт-
рующего материала используются нефтяной кокс (установка
BASFAG), отходы анодов (“Intalco Aluminium Со”), алунд
(“Alcoa”). При этом рафинирующими газами служат хлор, азот,
аргон и их смеси.
Хорошо зарекомендовала себя система ДУФИ-80, разра-
ботанная компанией "Alusuisse" и успешно применяемая на Са-
янском алюминиевом заводе (рис. 9.10). Азот (0,3—0,5 м3/т) че-
рез пять диффузоров, выполненных из пористого графита, по-
дается в фильтровальную камеру. Последняя заполняется филь-
трующим материалом: вдоль отверстия между фильтрующей и
подъемной камерами засыпается слой корунда из зерен разме-
14 Заказ № 215
210
Гл. 9. Рафинирование и модифицирование сплавов
-*i Рис. 9.10. Комбинированный фильтр ДУФИ-80.
I — рубашка фильтра; 2 — футеровка; 3 — диффузоры; 4 — фильтро-
вальная камера; 5 — подъемная камера; 6 — выходной желоб; 7 —
крышка; 8 — рубашка крышки; 9 — подвеска крышки; 10 — подвод
‘ кабелей; 11 — станция управления; 12 — входной желоб; 13 — выпус-
кное отверстие; 14 — балансирная опора; 15 — патрубок отходящих
газов; 16 — горелка.
9.7. Основные методы удаления металлических примесей
211
ром 40—50 мм; затем на дно фильтрующей камеры насыпается
слой нефтяного кокса (размер зерен 15—25 мм), поверх кото-
рого загружается слой корунда (размер зерен 31,5—40 мм). Вер-
хний слой корунда служит для прижатия нефтяного кокса, ис-
пользуемого в качестве фильтрующего материала, так как его
плотность меньше плотности расплавленного алюминия. Темпе-
ратура расплава в фильтре регулируется с помощью горел-
ки. Ориентировочно 1 раз в шесть недель фильтрующий мате-
риал (около 300 кг кокса и 600 кг корунда) заменяется новым.
Пропускная способность фильтра составляет 40 т/ч максимум и
5 т/ч минимум. За счет использования кокса расплав рафиниру-
ется от щелочных металлов (натрий, литий) вследствие их миг-
рации в решетку углерода.
Благодаря фильтрам такой конструкции обеспечивается
полная очистка металла от неметаллических включений, и при
этом содержание водорода не превышает 0,12 см3/100 г, а со-
держание натрия снижается до 6 • 1СГ4 %, что очень важно для
производства алюминиевых сплавов с добавками магния.
Сопоставление рассмотренных методов очистки металла от
твердых неметаллических включений и водорода показывает,
что наиболее эффективное рафинирование может быть достиг-
нуто с помощью установок, сочетающих фильтрование и про-
дувку инертными газами с добавками активных газов или па-
ров флюсов.
9.7. Основные методы удаления
металлических примесей
Алюминиевые сплавы, получаемые из вторичного сырья, часто
содержат металлические примеси в больших количествах, чем это
предусмотрено стандартами. Очистка их от металлических при-
месей осуществляется более сложными методами, чем удаление
неметаллических включений и газов. В принципе, для очистки
сплава от металлических примесей могут быть использованы
такие методы, как воздействие химическими реагентами, раз-
деление фаз кристаллизацией, вакуумная дистилляция, избира-
тельная растворимость, субсоединения, электролиз, а также
212
Гл. 9. Рафинирование и модифицирование сплавов
комбинации этих методов. Подробно перечисленные методы
изложены в [2, 4], где даны не только их теоретические осно-
вы, но и технико-экономическая оценка целесообразности при-
менения указанных способов в промышленности. Здесь же рас-
сматриваются основные методы по снижению содержания ме-
таллических примесей во вторичных промышленных алюмини-
евых сплавах.
Отдельные металлические примеси можно удалять из рас-
плавов при помощи избирательного окисления. Магний, цинк,
кальций и цирконий имеют большее сродство к кислороду,
чем алюминий, и поэтому в процессе переплавки такие ме-
таллы интенсивно окисляются, образуя оксиды, которые не
растворяются в алюминии, а переходят в шлак, и их снима-
ют с поверхности металла. Перемешивание расплава и повы-
шение его температуры интенсифицируют окисление указан-
ных металлических примесей, но одновременно приводят к
дополнительному окислению алюминия. При использовании
азота для рафинирования расплава снижение содержания ме-
таллических примесей в нем происходит за счет образования
устойчивых нитридов с такими примесями, как натрий, ли-
тий, магний, титан. Данный процесс может быть ускорен
путем обогащения азота парами воды, но практически такой
метод не находит применения.
Алюминий обладает меньшим сродством с серой, чем цинк,
марганец, магний и натрий, и поэтому перечисленные метал-
лические примеси можно отделить при помощи обработки се-
рой, поскольку сульфиды названных металлов легко ошлаковы-
ваются. Особенно эффективно таким методом можно отделить
магний от алюмомагниевых сплавов, однако на практике эти
методы не получили распространения из-за технологических
трудностей и взрывоопасности процесса [4].
Вследствие указанных выше причин и большой потери
алюминия при избирательном окислении примесей рассмотрен-
ные методы не нашли практического применения.
Обработка расплава хлором позволяет удалить из него не
только газы и неметаллические примеси, но и такие металлы,
как натрий, кальций, магний и бериллий. Особенно хорош ме-
9.7. Основные методы удаления металлических примесей
213
тод для удаления магния из расплава. При продувке хлором алю-
момагниевых сплавов протекают реакции
Mg + С12 о MgCl2; 2AI + ЗС12 о 2А1С13; ;
2А1С13 + 3Mg =MgCl2 + 2А1.
Реакция идет с выделением большого количества тепла, вслед-
ствие чего процесс надо вести при возможно низкой температу-
ре, а вводить лучше не хлор, а его смесь с азотом. Образующи-
еся хлориды магния растворяются в слое флюса и одновременно
практически полностью удаляются из расплава натрий и литий.
Осуществление данного способа связано с выделением хлора
в атмосферу, и поэтому очистку от магния лучше проводить вду-
ванием в расплав азотом порошкообразного хлорида алюминия:
2А1С13 + 3Mg о 3MgCl2 + 2А1,
при котором хлор не выделяется в атмосферу. Не прореагировав-
ший хлорид алюминия поглощается верхним слоем флюса, кото-
рый состоит из смеси хлоридов натрия и калия. Описанным мето-
дом можно снизить содержание магния в расплаве до 0,1—0,2 %.
Для удаления магния из алюминиевых расплавов наиболее
широко используется метод, основанный на реакции магния с
криолитом:
2МазА1Р6 + 3Mg = 2А1 + 6NaF + 3MgF2.
Теоретически расход криолита составляет 6 кг на 1 кг магния,
но на практике он в 1,5—2 раза выше, и этим методом можно
снизить содержание магния до 0,05 %. Рафинирование ведут при
температуре 800—850 °C, а криолит (в смеси с хлоридами и
фторидами) подают на поверхность расплава и перемешивают
в течение 15—20 мин, а затем удаляют шлак.
Удалить магний можно также обработкой расплава солями
хлора, однако вследствие большого расхода солей и длитель-
ности процесса рафинирования данный метод не получил рас-
пространения [4].
Некоторые элементы, которые являются примесями в спла-
вах, растворяются в алюминии в незначительном количестве,
и при содержании их выше эвтектического значения с пони-
214
Гл. 9. Рафинирование и модифицирование сплавов
жением температуры из расплава выпадают кристаллы примеси
в виде интерметаллических соединений. Для примера рассмот-
рим диаграмму состояния Al — Fe (рис. 9.11) — в заэвтекти-
ческой области образуются с выделением из раствора первич-
ной фазы кристаллы Al3Fe, а расплав по мере охлаждения при-
ближается к эвтектической точке.
Полученные кристаллы алюминида железа можно удалить
отстаиванием и центрифугированием, но производительность
этих процессов столь низка, что они не нашли практического
применения. Удовлетворительное отделение твердой примесной
фазы от расплава может быть достигнуто фильтрованием через
базальтовую или шамотную крошку [4, 28].
Однако такой ликвационный метод для очистки доэвтекти-
ческих сплавов нельзя использовать, поскольку сплавы затвер-
девают с выделением кристаллов а-А1, а небольшое количество
эвтектики, обогащенное примесью, располагается по границам
кристаллов алюминия, и попытка их отделения от жидкого рас-
плава не удалась.
Эвтектики некоторых двойных алюминиевых сплавов со-
держат большое и примерно равное количество металла-при-
меси и поэтому разделить такие фазы практически невозмож-
но. Но при добавлении в сплав некоторых компонентов эв-
тектическая точка перемещается влево и содержание приме-
си может быть существенно снижено. Так, при введении в обо-
гащенный железом алюминиевый сплав 25—30 % меди или
никеля удается получить
сплав с низким содержа-
нием железа. Аналогичный
результат можно получить
и при введении в расплав
1,5—3% марганца — дан-
ный способ рекомендует-
ся применять при содер-
жании железа в сплаве
более 1,5 %.
Рис. 9.11. Диаграмма состоя-
ния Al — Fe.
9.7. Основные методы удаления металлических примесей
215
Этим же приемом можно выделить из расплава не только
железо: при добавке магния можно вытеснить из расплава в виде
алюминидов марганец, хром, церий, титан, ванадий и молиб-
ден, а в виде силицида магния — кремний. Добавкой же цинка
можно снизить растворимость алюминидов тяжелых металлов в
алюминиевых сплавах.
Вводимые металлы остаются в расплаве и поэтому получен-
ные сплавы пригодны лишь как лигатуры, подлежат дальней-
шей переработке или, в отдельных случаях, могут быть приме-
нены для промышленного использования. Так, при повышен-
ном содержании железа в сплаве его можно легировать крем-
нием из расчета получения заэвтектического сплава, а затем
охлаждать до температуры тройной эвтектики (580—600 °C).
Выделившиеся кристаллы Al — Si — Fe можно отделить от рас-
плава центрифугированием или фильтрацией.
Указанные способы рафинирования, по сути, справедливее
отнести к ликвационно-кристаллизационным. Они осуществля-
ются путем сплавления загрязненного алюминиевого сплава с
металлами, в которых хорошо растворяется алюминий, но не
растворяются примеси, и последние затем отделяются от жид-
кости каким-либо известным способом, а металл-растворитель
удаляется дистилляцией в вакууме. Обычно для очистки спла-
вов применяют магний, цинк, ртуть [2]. В промышленности спо-
собы очистки называют по наименованию металла-растворите-
ля. Для примера рассмотрим магниевый метод, который осно-
ван на растворимости железа и кремния в алюминиде магния.
На рис. 9.12 приведены разрезы псевдотройной системы алю-
минид магния — алюминид железа — силицид магния; алюми-
нид магния — алюминид железа, алюминид магния — силицид
магния. Как видно, при охлаждении расплава растворимость
алюминида железа и силицида магния в алюминиде магния резко
снижается. При температуре чуть выше эвтектической содержа-
ние кремния и железа в алюминии (после отгонки магния)
составляет 0,35 и 0,12% соответственно.
Технологический процесс (подробно описанный в [2, 4, 28])
в основном состоит из следующих операций: сплавление загряз-
ненного сплава с 30 % магния; выдержка сплава при темпера-
туре, близкой к эвтектической; отделение фильтрацией первич-
216
Гл. 9. Рафинирование и модифицирование сплавов
Рис. 9.12. Квазибинарные разрезы Al3Mg2 — Al3Fe (а) и Al3Mg2 —
Mg2Si (б).
но выпавших фаз, обогащенных железом и кремнием (Al3Fe,
Mg2Si); удаление магния дистилляцией в вакууме. Для выполне-
ния последней операции фильтрат заливают в вакуум-дистил-
ляционную печь типа ИАКД (рис. 9.13) и нагревают до 850 °C
при остаточном давлении 10—15 Па. В этих условиях магний ис-
паряется, переходит в конденсаторы и охлаждается до твердо-
го состояния. Вместе с магнием испаряются цинк, свинец и др.
Используются также и цинковый и ртутный методы, которые
подробно рассмотрены в [2].
Алюминий при высоких температурах может давать соеди-
нения низшей валентности (субсоединения), которые при сни-
жении температуры распадаются, образуя металлический и трех-
валентный алюминий. Данное явление можно использовать для
рафинирования алюминия. Подавляющее большинство субсое-
динений — газ и жидкость, и поэтому сущность рафинирова-
ния сводится к воздействию на черновой сплав соответствую-
щим веществом, а полученные субсоединения отводят в кон-
денсатор и там охлаждают. В результате образуются чистый алю-
миний и рабочее вещество, которое часто можно повторно ис-
9.7. Основные методы удаления металлических примесей
217
Рис. 9.13. Вакуум-дистилляционная печь типа ИАКД.
1 — шахта; 2 — патрубок для удаления конденсата; 3 — конденсатор;
4 — индуктор; 5 — подовый камень; 6 — магнитопровод. ;
пользовать. Из субсоединений наибольший интерес для рафи-
нирования представляют галоидные субсоединения, вопросам
применения которых в 60-е годы посвящены многочисленные
исследования, результаты их изложены в [4]. Эти методы рафи-
нирования в опытном порядке испытывались на ряде зарубеж-
ных фирм, но в отечественной вторичной цветной металлургии
они не нашли широкого применения.
На некоторых заводах по производству первичного алю-
миния (Волховский, Волгоградский, Красноярский) широко
используется метод трехслойного электролитического рафи-
нирования, схема которого приведена на рис. 9.14. В рафини-
ровочном электролизере жидкий анод (исходный сплав) и
жидкий катод (рафинированный алюминий) разделены сло-
ем электролита, а сам электролизер представляет собой ван-
ну, боковые стенки которой футерованы магнезитом. Ток к
угольному аноду, расположенному в подине ванны, подво-
дится через стальной стержень, а катодом служит графитовый
цилиндрический стержень, находящийся сверху и погружен-
ный в рафинированный алюминий. Анодный расплав представ-
ляет собой медно-алюминиевый сплав с массовым содержа-
нием' меди 35—45 %, а электролитом служит смесь из 40 %
криолита (Na3AlF6) и 60 % хлорида бария (ВаС12). Процесс
электролиза идет при температуре 760—810 °C, при которой
218
Гл. 9. Рафинирование и модифицирование сплавов
Рис. 9.14. Схема электролизера для рафинирования алюминия.
1 — магнезитовая, 2 — теплоизоляционная футеровка; 3 — графитовый катод;
4 — рафинированный алюминий; 5 — электролит; 6 — рафинируемый сплав;
7 — анодный угольный блок.
плотность алюминия, электролита и исходного сплава состав-
ляет соответственно 2,3; 2,7 и 3,2—3,7 г/см3. Поэтому очища-
емый исходный сплав находится внизу, в прианодном про-
странстве, над ним располагается электролит и вверху пла-
вает выделившийся при электролизе чистый алюминий. На-
капливающиеся в анодном сплаве железо, кремний и марга-
нец периодически извлекаются из электролизера через
специальный карман, а рафинируемый металл после предва-
рительного растворения в нем меди в количестве до 35—45 %
заливают в электролизер. Более подробные сведения о про-
цессе трехслойного электролитического рафинирования можно
найти в [29—31]. Рафинировочные электролизеры работают на
силе тока до 80 кА с выходом по току до 95 %, и каждый из
9.8. Модифицирование сплавов
219
них в сутки способен наработать до 600 кг чистого алюминия.
На Ленинградском опытном заводе ВАМИ были успешно про-
ведены исследования по рафинированию вторичного сплава
и показана возможность его применения.
На ряде алюминиевых заводов осуществлены работы по
оснащению миксеров магнитогидродинамическими перемеши-
вателями (МГД-насосы) [16], применение которых благодаря
активной циркуляции металла в ванне миксера заметно снизи-
ло содержание натрия в алюминии и сплавах. Имеются сведе-
ния об использовании МГД-сепарации, которая заключается в
том, что жидкий металл из раздаточной печи подается в про-
межуточную емкость, откуда под давлением МГД-насоса про-
давливается через фильтрующий патрон.
На Волховском алюминиевом заводе много лет работает
участок по производству особо чистого алюминия (99,99 %)
методом зонной плавки [32].
9.8. Модифицирование сплавов
Важным средством регулирования структуры служит модифици-
рование сплавов — процесс изменения структуры литого спла-
ва под действием небольших количеств специально вводимых
добавок (модификаторов). По характеру вызываемых структур-
ных изменений принята [13] следующая классификация видов
модифицирования:
I — измельчение размеров первичных зерен;
II — изменение внутреннего строения первичных зерен;
III — изменение структуры эвтектик.
В промышленных условиях литья алюминиевых сплавов на-
шли широкое применение измельчение зерна при литье слит-
ков (I вид) и изменение структуры эвтектики при фасонном
литье силуминов (III вид).
Модифицирование деформируемых слитков. Размер зерен
твердого раствора на основе алюминия определяемся числом
центров кристаллизации, которое зависит от количества час-
тиц активных примесей, их активности, степени переохлаж-
дения и времени пребывания в переохлажденном состоянии.
i
220
Гл. 9. Рафинирование и модифицирование сплавов
Предел переохлаждения, при котором кристаллы растут с
данной скоростью, увеличивается, если в сплаве имеются
растворимые поверхностно-активные примеси. Наиболее ак-
тивны по отношению к алюминию частицы TiAl3, ТаА13, ZrAl3,
TiB2. На эффективность измельчения зерна оказывают влия-
ние количество модификатора и способ его введения в ме-
талл — слишком высокое содержание модификатора может
привести к образованию грубых кристаллов интерметалличес-
ких соединений.
Наибольшее практическое значение как модифицирующая
добавка имеют титан, вводимый в сплавы в количестве 0,02—
0,05 %, и боротитановая лигатура в соотношении Ti: В = 4 : 1 [33].
К модифицированию структуры в последнее время относят и
динамические процессы измельчения зерна, в частности элект-
ромагнитное воздействие и ультразвуковую обработку расплава,
которые находят все большее применение при литье слитков.
Модифицирование силуминов. Силумины для улучшения струк-
туры перед разливкой подвергают модифицированию, которое
заключается в обработке расплава небольшими присадками
металлического натрия или смесью фтористых и хлористых со-
лей щелочных металлов (например, 60 % NaF, 25 — NaCl и 15 %
Na3AlF6; 40 % NaF, 45 — NaCl, 15 % NajAlF^. В результате струк-
тура эвтектики коренным образом изменяется: сплавы эвтекти-
ческого и заэвтектического составов становятся по структуре
аналогичными доэвтектическим, а эвтектика — мелкозернистой.
Если в силумин перед модифицированием ввести тугоплавкие
присадки (Ti, В, Мо и др.), то наряду с измельчением выделе-
ний кремния будут измельчаться колонии эвтектики, что бла-
гоприятно скажется на механических и технологических свой-
ствах силуминов. Помимо натрия в качестве модификаторов
могут использоваться Li, Ва и Са, а также Sr.
Если при литье сплава наложить электромагнитное поле
на жидкую ванну в кристаллизаторе, то размер зерна может
резко уменьшиться. Магнитное поле создается индуктором,
который устанавливается вокруг кристаллизатора, а интенсив-
ность перемешивания подбирается путем изменения силы тока
в индукторе. Обычно такая технология рафинирования при-
меняется при литье слитков большого диаметра — более
9.8. Модифицирование сплавов
221
Рис. 9.15. Схема непрерывного литья с УЗО в жидкой ванне слитка.
1 — миксер; 2 — источник ультразвука; 3 — воронка; 4 — кристаллизатор;
5 — слиток.
800 мм — в электромагнитный кристаллизатор, краткие све-
дения об устройстве которого приводятся в гл. 10, а более
подробные — в [13, 33].
Новым средством физического воздействия на структуру и
свойства литого и деформируемого металла является метод уль-
тразвуковой обработки (УЗО) расплава, активно применяющийся
в промышленности. Сущность этого метода (рис. 9.15) заключа-
ется в том, чтобы с помощью мощного ультразвукового излу-
чения создать в жидкой ванне акустическую кавитацию, которая
позволит смочить и вовлечь в процесс кристаллизации присут-
ствующие в расплаве неконтролируемые примеси (несмачивае-
мые неметаллические твердые частицы) и тем самым значитель-
но повысить эффективность процесса зарождения кристаллов.
222
Гл. 10. Разливка и обработка сплавов
Применяемое для УЗО стандартное оборудование (тиристорный
генератор, магнитострикционный преобразователь с автоматичес-
кой настройкой частоты) легко вписывается в существующий
технологический процесс литья слитков и не требует больших
затрат, но существенно улучшает качество слитков. ,
V . .....J.
Г л а в а 10 7
Разливка и обработка сплавов
На большинстве отечественных предприятий вторичной цветной
металлургии разливку металла производят в изложницы разли-
вочной машины конвейерного типа для получения чушек мас-
сой 15 кг. Однако развитие техники и технологии производства
продукции из лома и отходов алюминия привело к тому, что
вторичные сплавы в ряде случаев не отличаются по химическо-
му составу от сплавов, приготовленных из первичного алюми-
ния, а в некоторых зарубежных странах вообще нет деления спла-
вов на первичные и вторичные. Поэтому сплавы, получаемые на
отдельных российских и зарубежных заводах, разливают не только
в чушки, но и в слитки, листы, катанку и гранулы. Последний
вид продукции используется для литья алюминиевых сплавов,
предназначенных для раскисления стали. Гранулы обычно изго-
тавливают методом литья струи жидкого металла в воду, и после
их сушки они отправляются потребителю.
Следует отметить, что конечная продукция из вторичных
сплавов может быть получена с использованием различных,
иногда многоступенчатых и весьма сложных технологий, осно-
вы которых изложены в специальной литературе, и в частности
в [2, 4, 13, 17, 19, 20, 22, 25, 28, 34, 35]. В настоящей главе
рассмотрены лишь основы литья и термообработки сплавов.
10.1. Разливка сплавов в чушки
Основу металлошихты, применяемой в литейном производстве
для получения отливок на базе алюминия, составляют чушко-
вые материалы, которые удобно использовать как в небольших,
10.1. Разливка сплавов в чушки
223
так и в крупнотоннажных производствах. Подавляющее количе-
ство продукции выпускается в виде чушек массой 15 кг, но для
отдельных потребителей (предприятия автомобильной и трак-
торной промышленности) выпускаются чушки массой 600 и
даже 1000 кг. На рис. 10.1 приведены форма и размеры чушек,
применяемых для алюминия и его сплавов [34]. В течение дли-
тельного времени алюминиевые заводы и заводы вторичной
цветной металлургии выпускали свою продукцию в виде чушек
единой геометрической формы, основным недостатком которых
;Н
Рис. 10.1. Форма и размеры чушек массой 15 (а) и 600 кг (б).
224
Гл. 10. Разливка и обработка сплавов
была невозможность сохранить пакет при перевозках. В настоя-
щее время по согласованию потребителя с производителем
допускается выпуск чушек других размеров.
Чушки массой 15 кг выпускаются на технологических линиях
(рис. 10.2), состоящих из миксера (печи), литейного конвейе-
ра, установки для охлаждения чушек, чушкоукладчика и учас-
тка обвязки пакетов [36]. Литейный конвейер (рис. 10.3) пред-
ставляет собой сварную раму, на которой установлены привод-
ной вал с ведущими звездочками, натяжная станция, трехос-
ная цепь с изложницами, маркировочное устройство и система
охлаждения (последняя в ряде случаев не требуется). С передне-
го конца к раме крепят кантователь чушек (см. рис. 10.3, II) с
приемным транспортером для передачи чушек на установку
струйного охлаждения и чушкоукладчик.
Цепь с изложницами перемещается по рельсам, опира-
ясь на них своими катками, а ее натяжение производится при
помощи винтов и пружин. Изложницы крепятся к третьей оси
цепи, а их монтаж и демонтаж выполняются без разборки
последней (см. рис. 10.3, I). Заливка чушек в изложницы осу-
ществляется в конце конвейера, и по мере его движения
металл в изложницах застывает. Перед передней головкой
конвейера установлен механический клеймитель, который
наносит на чушку условные обозначения. С целью сокраще-
ния длины или увеличения скорости движения конвейера в
ряде случаев применяют интенсивное охлаждение изложниц
водой или водяным туманом; система охлаждения располага-
йте. 10.2. Технологическая линия по производству чушек массой 15 кг.
1 — миксер; 2 — литейный конвейер; 3 — система охлаждения чушек; 4 —
чушкоукладчик с транспортером; 5 — участок обвязки пакетов.
10.1. Разливка сплавов в чушки
225
Рис. 10.3. Литейный конвейер.
1 — натяжная станция; 2 — цепь с изложницами; 3 — система охлаждения;
4~ клеймитель; 5, 6 — привод литейного конвейера; 7 — кантователь чу-
шек; 8 — устройство смазки цепи; 9 — рама конвейера; 10 — изложница;
11 — ролик цепи.
ется над и под изложницами в районе вытяжного зонта. Про-
изводительность современных литейных конвейеров, как пра-
вило, составляет 6—7 т/ч.
Чушки из кантователя подаются по цепному транспортеру
к чушкоукладчику для укладки в штабели. Конструкция чуш-
коукладчика зависит от принятой формы чушек, и по типу при-
вода он может быть пневматическим, электромеханическим или
с гидроприводом, а некоторые типы укладчиков, используе-
мые в отечественной промышленности, описаны в [36, 37].
Перед погрузкой в вагоны, которая осуществляется электро-
погрузчиками, сформированные пакеты чушек поступают на
обвязку алюминиевой катанкой диаметром 9 мм или стальной
плоской лентой.
15 Заказ №215
226
Гл. 10. Разливка и обработка сплавов
Применение чушек повышенной массы (600 и 1000 кг) по
сравнению с мелкой (15 кг) имеет много преимуществ. Такие
чушки отливают на машинах полунепрерывного литья, которые
более производительны, чем конвейеры, а чушки не требуют
обвязки. Работа же литейщиков происходит в более комфорт-
ных условиях. Применение крупных чушек позволяет потреби-
телю использовать средства механизации на разгрузке из ваго-
нов и погрузке в плавильные печи. Так как у крупных чушек
меньше удельная поверхность, при ее расплавлении образуется
меньше шлаковых включений, что повышает качество отливок.
10.2. Полунепрерывное литье чушек и слитков
Чушки повышенной массы и слитки различных сечений (полые
и сплошные круглые, прямоугольные) отливаются методом
полунепрерывного литья, сущность которого заключается в
непрерывной подаче жидкого металла в специальную водоох-
лаждаемую изложницу (кристаллизатор) с подвижным дном,
роль которой выполняет подвижный поддон, перемещающийся
в вертикальном направлении (рис. 10.4). Скорость опускания
поддона подбирается так, чтобы слиток не застывал по всему
сечению, а образовывалась бы поверхностная корочка. Дальней-
шая кристаллизация слитка происходит при охлаждении его
поверхности водой. Литье прекращается при достижении слит-
ком заданной длины, и затем процесс повторяется вновь.
Литейные машины для полунепрерывного литья (МПЛ)
слитков состоят из двух основных узлов: кристаллизатора и
механизма перемещения поддона, который монтируется в ко-
лодце. Обычно крупногабаритные чушки отливают сразу по 2—
4 штуки; при литье слитков меньшего сечения может быть ус-
тановлено сразу до 40 кристаллизаторов. Последние размещаются
в полом круглом или прямоугольном поворотном столе, куда
подается охлаждающая вода, а на поддоне устанавливаются
затравки, которые при его подъеме входят в кристаллизаторы.
Для вертикального полунепрерывного литья различают кри-
сталлизаторы двух типов — высокие и низкие (рис. 10.5). У вы-
соких кристаллизаторов высота Н в несколько раз больше диа-
10.2. Полунепрерывное литье чушек и слитков
227
Рис. 10.4. Схема полуне-
прерывного литья.
1 — желоб; 2 — распредели-
тельный поплавок; 3 — крис-
таллизатор; 4 — слиток; 5 —
метра D слитка, и ох- ’
лаждение в них происхо- ; -Цг,
дит через стенку — мяг-
че, чем при резком ох- •
лаждении водой. Приме-
няются такие кристал-
лизаторы для литья
слитков из сплавов,
склонных к трещинооб-
разованию при быстром
охлаждении водой. Вы-
сота же низких кристал-
лизаторов Н не превы-
шает 1,57), и поэтому
слитки в них охлаждают-
ся не только через стенку, но и водой, подаваемой на слиток
по выходе ее из кристаллизатора. Корпус кристаллизатора из-
готавливают из меди или твердого алюминиевого сплава.
Для литья слитков над кристаллизаторами устанавливается
распределительная чаша с поплавками; частично перекрывая
патрубок, из которого подается жидкий металл, они регули-
руют его уровень в кристаллизаторе. Скорость литья тем боль-
ше, чем меньше сечение от-
ливаемого слитка. Например,
при литье слитков диаметром
125 мм скорость составляет
180—200 мм/мин; при диа-
Рис. 10.5. Кристаллизатор для по-
лунепрерывного вертикального
литья цилиндрических слитков.
1 — корпус; 2 — гильза.
228
Гл. 10. Разливка и обработка сплавов
Рис. 10.6. Машина полунепрерывного литья с гидравлическим приводом.
1 гидравлический цилиндр; 2 — поддон; 3 — колодец; 4 — литейный желоб;
5 — распределительная литейная чаша; 6 — поворотный литейный стол с кри-
сталлизаторами; 7 — система водоохлаждения.
10.3. Непрерывное литье слитков
229
метре слитков 360 мм она снижается до 60—70 мм/мин. Литье
же чушек массой 600 кг осуществляется на скорости 45—
70 мм/мин.
При достижении слитком заданной длины прекращается
подача металла, а затем и воды, убирается литейная чаша с по-
плавками и отодвигается в сторону стол с кристаллизаторами,
а отлитые слитки извлекаются из колодца тельфером. Затем слит-
ки подаются на линию отрезки концов, а при необходимости
разрезаются на части (при литье вайербарсов — заготовок для
прокатки прутков и проволоки). Длина отливаемого слитка ли-
митируется ходом поддона. Для литья слитков длиной до 3 м
получили распространение машины с гидравлическим (рис. 10.6)
или винтовым приводом, а для слитков большой длины (до 8 м)
широко применяются тросовые или цепные машины. Механизм
перемещения стола оснащается двумя электродвигателями: один
для рабочего хода, а второй для подъема слитков вверх со зна-
чительно большей скоростью, чем при литье, — до 8000 мм/мин.
Скорость перемещения поддона регулируется механически (ва-
риатором или сменными шкивами) и электрическим регулиру-
емым приводом с двигателем постоянного тока. Конструкции
МПЛ подробно описаны в [10, 37, 38].
Полунепрерывное литье слитков, обеспечивающее получе-
ние продукции высокого качества при низких затратах и высо-
кой производительности, в настоящее время является основ-
ным способом разливки сплавов в производстве первичного и
вторичного алюминия и их сплавов.
10.3. Непрерывное литье слитков
Вертикальные МПЛ имеют большую высоту — до 15 м, в свя-
зи с чем приходится сооружать глубокие (до 12 м) бетониро-
ванные колодцы. Кроме того, производительность таких ма-
шин снижается из-за прерывистого цикла литья. Поэтому го-
ризонтальные машины непрерывного литья (МНЛ), в значи-
тельной степени свободные от указанных недостатков, пред-
ставляют большой практический интерес. Машины такого типа
230
Гл. 10. Разливка и обработка сплавов
нашли применение для литья слитков различных сечений из
медных, легкоплавких сплавов на основе олова, но для про-
изводства изделий из алюминиевых сплавов в России не ис-
пользуются [38].
Метод получения полуфабрикатов непосредственно из жид-
кого алюминия широко распространен как в зарубежной, так
и в отечественной практике для производства катанки, ленты
и листов. Установки бесслитковой прокатки [35] по конструк-
ции устройства для кристаллизации металла и совмещения про-
цессов литья и прокатки можно разделить на три типа (рис. 10.7):
— ротационные — установки, в которых процесс кристал-
лизации металла происходит в зазоре между литейным колесом
и металлической бесконечной лентой, охватывающей ее шкив;
— валковые — установки, в которых металл затвердевает
между двумя вращающимися водоохлаждаемыми валками;
Рис. 10.7. Установки различных фирм для совмещенных процессов
литья и прокатки.
а — ротационные: I — “Проперци”, II ~ “Ригамонти”, III — RSC; б — вал-
ковые: I — “Хантер Инжиниринг”, II — “Пешине”; в — ленточные: I — “Ха-
зелет”, II — “Хантер Дуглас”.
10.3. Непрерывное литье слитков
231
— ленточные — установки, в которых кристаллизатором
служат две бесконечные движущиеся ленты с водяным охлаж-
дением.
В состав ротационной установки входит кристаллизатор в
виде литейного колеса с массивным ободом, в нем имеется
канавка, форма которой определяет профиль отливаемой заго-
товки. Канавка снаружи перекрыта бесконечной стальной лен-
той, охватывающей колесо как шкив. Литейное колесо и шкив
охлаждаются водой.
Жидкий металл из миксера подается в разливочное при-
способление при температуре 680—710 °C, из которого металл
по дозатору поступает в канавку литейного колеса и, прохо-
дя по дуге его окружности, полностью затвердевает и пода-
ется в многоклетьевой прокатный стан для дальнейшей об-
работки. Такой метод литья применяется для получения ка-
танки и полос не только из алюминия и его сплавов, но и
из меди, цинка, свинца и олова. В России широкое распрос-
транение для производства катанки нашли агрегаты роторного
типа, созданные во ВНИИметмаш (рис. 10.8). По своей кон-
струкции они аналогичны машинам, разработанным компа-
нией “Проперци”. Основные технические характеристики ус-
тановки типа АНЛП-АК-4,5 для производства катанки следу-
ющие: производительность — 4,5—5,0 т/ч; сечение отливки —
2750—3100 мм2; диаметр бандажа кристаллизатора — 1500 мм;
число клетей прокатного стана — 17; скорость выхода заго-
товки — 2, а катанки — 8 м/с.
Валковые установки с водоохлаждаемыми валками разли-
чаются по способу подачи металла в валки: сбоку, сверху и снизу.
Под действием статического давления расплавленный металл
подводится в зону затвердевания по каналу-желобу и поступает
в зазор между валками, охлаждаемыми водой, циркулирующей
по их внутренним каналам. Из распределительной коробки ме-
талл равномерно растекается по всей длине насадки и валков и
при соприкосновении с поверхностью валков затвердевает и
подвергается горячей прокатке. По выходе из валков лента сма-
тывается в рулон. Установки такого типа широко используют-
ся за рубежом, а с 1962 г. и на заводе “Красный выборжец” в
Санкт-Петербурге, где выпускается лента шириной 1020 и тол-
232
Гл. 10. Разливка и обработка сплавов
10.4. Литье в электромагнитный кристаллизатор 233
щиной 12 мм. Полученная таким образом лента подвергается
затем холодной прокатке для упрочнения и придания ей товар-
ного вида.
В ленточных установках с кристаллизатором, состоящим из
двух бесконечных водоохлаждаемых движущихся лент, металл
через распределительную коробку поступает в машину. Края
отливаемой полосы формируются небольшими алюминиевыми
блоками, нанизанными на верхнюю ленту и передвигающими-
ся вдоль поверхности нижней ленты. Высота алюминиевых бло-
ков определяет толщину отливаемой ленты, которая по выходе
из машины сматывается в рулон. ,
10.4. Литье в электромагнитный кристаллизатор
При производстве слитков на его поверхности могут образовы-
ваться различные дефекты: трещины, неслитины (частичное за-
твердевание открытой поверхности слитка), ликвационные на-
плывы (при завышенной скорости литья не успевает образовы-
ваться поверхностная твердая корочка и легкоплавкие составля-
ющие выдавливаются на поверхность слитка). С увеличением раз-
меров слитка указанные дефекты появляются чаще, что обуслов-
ливает необходимость механической обработки слитков перед их
обработкой давлением (экструзия, прокатка). Поэтому практичес-
ки постоянно ведется поиск мер, позволяющих отливать слитки
высокого качества, не требующие механического воздействия.
Для достижения этой цели используется литье круглых и
плоских слитков в электромагнитный кристаллизатор (ЭМК),
принцип работы которого (рис. 10.9) заключается в том, что при
подаче тока в кольцевой индуктор возникающее электромагнит-
ное поле сжимает металл и препятствует его вытеканию из
кристаллизатора. ЭМК состоит из трех основных элементов:
индуктора, электромагнитного экрана и кольцевого охладителя.
Поперечные размеры индуктора определяются размерами жид-
кой зоны с учетом ее усадки (0,02) при затвердевании и зазо-
ром между жидкой зоной и индуктором, равным 20—25 мм.
Высоту индуктора /и выбирают так, чтобы граница жидкой и
твердой фаз на боковой поверхности слитка (сечение А — А) I
I
.)
234
Гл. 10. Разливка и обработка сплавов
Рис. 10.9. Электромагнитный кристаллизатор с подачей воды под ос|й
N рым (а) и прямым (б) углом к поверхности слитка.
,( 1 — индуктор; 2 — электромагнитный экран; 3 — кольцевое охлаждение, "i
i . 4 * - -
находилась примерно на уровне его середины, и практически
она составляет 25—80 мм в зависимости от размеров слитка.
Местоположение указанной границы определяется расположе-
нием первичного пояса охлаждения (сечение Б — Б), а рассто-
яние между сечениями А — А и Б — Б зависит от скорос-
ти, интенсивности охлаждения и размеров слитка. Охлаждение
слитка может осуществляться струей под острым углом или
близким к прямому углу, и, по мнению Б.И. Бондарева с со-
трудниками (цит. по [13]), второй вариант предпочтительнее.
10.5. Гомогенизация слитков
235
Практически ЭМК используется для литья круглых слит-
ков диаметром от 260 мм и выше, а также плоских слитков тол-
щиной 290—450 и шириной 1250—2080 мм и выше.
Частота питающего индуктор тока может быть равна 50 Гц
при литье круглых слитков, а при литье плоских на промыш-
ленной частоте возникает трудноустранимая вибрация, и поэто-
му приходится прибегать к повышенной частоте, что усложня-
ет и удорожает стоимость литья.
Основное преимущество метода литья в ЭМК заключается
в отсутствии физического контакта на любой стадии процесса
между кристаллизатором и слитком, а также в подаче воды
непосредственно на поверхность, что исключает образование
ликвационных наплывов, а наличие столба жидкости над кри-
сталлизующимся слитком предотвращает образование неслитин,
а также исключает механическую обработку слитков и связан-
ную с этим потерю металла. Кроме того, применение ЭМК
позволяет повысить скорость литья на 10—30%. ,г,
'Ш н
10.5. Гомогенизация слитков
Общеизвестно, что микроструктура большинства сплавов в
литом состоянии очень неоднородна (гетерогенна), причем это
справедливо для сплавов, образующих твердые растворы в
равновесных условиях, и даже для сравнительно малолегиро-
ванных сплавов. При неравновесной кристаллизации в мик-
роструктуре слитка формируются дендриты, содержание ра-
створенного вещества в них постепенно увеличивается от
центра к краям, а частицы второй фазы или эвтектики рас-
полагаются в междендритных прослойках, которые плохо де-
формируются.
Для повышения пластичности слитков из деформируемых
сплавов применяется предварительная термообработка слитка
(гомогенизация), основная цель ее — растворение частиц вто-
рой фазы и сведение к минимуму внутридендритной ликвации,
а также повышение способности материала к горячему и холод-
ному деформированию. При гомогенизации создаются условия
для выравнивающей диффузии, под действием которой раство-
236
Гл. 10. Разливка и обработка сплавов
ряются неравновесные эвтектики и интерметаллические соеди-
нения, выравнивается химический состав по всему объему зер-
на. Наиболее эффективна начальная стадия гомогенизации, когда
диффузионные процессы протекают особенно интенсивно, од-
нако увеличение длительности гомогенизации сверх оптималь-
ного может привести к ухудшению структуры сплава за счет ог-
рубления избыточных фаз.
Гомогенизацию слитков применяют в промышленности уже
много лет при температурах, приближающихся к температуре
солидуса сплава, т.е. лежащих выше границы растворимости
основных легирующих элементов в алюминии.
Практически операция гомогенизации, заключающаяся в
нагреве, выдержке при определенной температуре и охлажде-
нии слитка, проводится в специальных печах. Режим гомогени-
зации (скорость подъема и снижения температуры, выдержка
времени при определенной температуре) задается для каждого
сплава индивидуально в зависимости от его химического состава
и методов отливки слитка.
Современные печи для гомогенизации слитков должны удов-
летворять следующим требованиям:
— обеспечивать равномерность и скорость нагрева в задан-
ном режиме;
— быть высокопроизводительными с целью экономии пло-
щадей и капитальных затрат на их сооружение;
— быть удобными для загрузки и выгрузки тяжелых садок.
В последние годы практически все печи для гомогениза-
ции строят только садочного типа с принудительной цирку-
ляцией теплоносителя, которым служат воздух, подогревае-
мый в электрокалориферах, или продукты сгорания газа при
термообработке необточенных слитков. Подавляющее боль-
шинство печей для гомогенизации по конструкции можно
разделить на три типа.
Шахтные вертикальные печи (рис. 10.10) занимают мало
места, из них удобно выгружать пакеты слитков без значитель-
ной потери тепла, но их сооружение требует глубоких котлова-
нов со сложными строительными конструкциями и их почти
нельзя применять для гомогенизации нарезанных слитков из-за
трудностей загрузки и выгрузки стеллажей.
10.5. Гомогенизация слитков
' * Рис. 10.1О. Шахтная вертикальная печь.
‘ 1 — рабочая камера; 2 — электрокалорифер; 3 — вентилятор; 4 — рас-
пределитель подачи горячего воздуха.
Шахтные горизонтальные печи не имеют недостатков, при-
сущих вертикальным печам, в них могут гомогенизироваться
слитки больших размеров и нарезанные слитки в стеллажах.
К их недостаткам следует отнести трудности загрузки и выг-
рузки садки из рабочего пространства и большие потери тепла
при этом. Кроме того, такие печи имеют значительные раз-
меры в плане.
Печи с выкатными подинами (рис. 10.11) получили в после-
дние годы широкое распространение, поскольку на подину та-
ких печей удобно укладывать слитки и стеллажи любых разме-
ров и конструкций. Загрузка и выгрузка удобны тем, что выкат -
ная подина находится на уровне пола цеха. С целью исключе-
238
Гл. 10. Разливка и обработка сплавов
Рис. 10.11. Печь с выкатной подиной.
1 — вентилятор; 2 — калорифер; 3 — выкатной под.
ния времени загрузки и выгрузки из общего времени гомоге-
низации и увеличения их производительности эти печи стали
изготавливать проходными с двумя выкатными подинами.
Изготовление гомогенизированных слитков экономически
выгодно для заводов-производителей, так как повышает каче-
ство и стоимость выпускаемой продукции.
10.6. Механическая обработка слитков
На заводах по производству алюминия и его сплавов слитки,
как правило, выпускают методом полунепрерывного литья дли-
ной до 6 м, поскольку экономически нецелесообразно произ-
водить их меньшей длины. Поэтому перед горячей деформаци-
ей слитков, которая выполняется у потребителя, их разрезают
на мерные длины. Однако в ряде случаев потребители готовы
получать слитки, порезанные на мерные длины.
Слитки диаметром до 250 мм при отливке их в кристалли-
затор скольжения практически не удается отливать такого ка-
чества, чтобы можно было обойтись без обточки их боковой
10.6. Механическая обработка слитков <•j
I ,н
239
Таблица 10.1
Основные характеристики отрезных станков
Параметр МП36, 8Г666 МП37, МП25 МА38 “Геллер”
Диаметр, мм
слитка 80-240 200-500 500-800 560-1100
диска 710 1430 2000 3000 1
Толщина диска, мм 6,5 11,5 14,0 28,0 Ч
Ширина реза, мм 10,0 15,0 19,0 33,0 Э
Скорость диска, мм/с 18 500 18 500 19 500 17 500 «
Таблица 102
Основные характеристики обточных станков г
Параметр МП 259, АОС-1 МК 159 КЖ 1613 КЖ 37
Диаметр слитка, мм 100-300 250-500 380-860 650-1100
Длина слитка, мм 400-800 550-1100 500-1800 1000-2000
Производительность, шт./ч 40-70 25-35 8-15 8-12
поверхности. Поэтому при выпуске круглых слитков во всех слу-
чаях необходимо иметь оборудование для резки слитков на мер-
ные заготовки и для обточки поверхности слитков, если отлив-
ка проводилась в кристаллизатор скольжения. Для резки слит-
ков на мерные длины используются отрезные станки (табл. 10.1).
Для обточки поверхности применяются обточные станки раз-
личных типов в зависимости от диаметра слитка (табл. 10.2).
Поверхность плоских слитков из мягких сплавов чаще всего
не подвергают механической обработке, а слитки из более жест-
ких сплавов режут на мерные длины и обрезают литниковые и дон-
ные части. Слитки, отлитые в ЭМК, как правило, не подвергают
фрезеровке поверхности, но при необходимости эту операцию про-
водят у потребителя на специальных станках-автоматах, позволя-
ющих одновременно обрабатывать все поверхности слитка.
Резку плоских слитков на мерные заготовки осуществляют
пилами салазкового типа с диском диаметром 1800—2200 мм и
толщиной диска 12—15 мм. Поэтому при резке слитков обра-
зуется большое количество стружки. В настоящее время созда-
ны и широко применяются тонкие ленточные пилы, режущие
слитки толщиной до 600 и шириной до 2500 мм. ,Л„,
240
Гл. 11. Технологические схемы переработки лома и отходов
Глава 11
Технологические схемы переработки лома и отходов
В предыдущих главах рассмотрены отдельные операции по под-
готовке и плавке исходного сырья, а также конструкции уст-
ройств, агрегатов и приспособлений для их проведения, в ряде
случаев описаны альтернативные способы подготовки и пере-
работки сырья.
В настоящей главе изложены главные принципы разработ-
ки технологических схем подготовки и плавки лома и отходов
алюминия, а также приведены технологические схемы реально
существующих предприятий.
В основу технологических схем переработки лома и отходов
алюминия положен принцип максимального улучшения качества
исходного сырья и конечной продукции завода путем механи-
зации и автоматизации процессов производства с целью наи-
более рационального использования этих ресурсов.
Схемы первичной обработки лома и отходов и металлурги-
ческого цикла выполняются с учетом применения машин и
механизмов, находящихся в настоящее время в эксплуатации,
но одновременно предусматривается возможность использова-
ния новых оборудования и процессов. К таким процессам мож-
но отнести технологии и переработки литейного и деформиру-
емого лома в тяжелых средах, использование вращающихся
печей для переработки различных видов лома и отходов, в том
числе применение плазмотронов для переработки шлаков в этих
печах и т.д.
При создании технологических схем необходимо уделять
повышенное внимание пиротехническому и радиационному
контролю, что особенно важно в современных условиях пере-
работки большого количества военной техники. Вследствие вы-
сокой трудоемкости первичной обработки лома и отходов сле-
дует предусматривать механизацию складских, погрузоразгрузоч-
ных и внутрицеховых транспортных операций путем широкого
использования мостовых и козловых кранов, электро- и авто-
погрузчиков, автомобильных кранов, тельферов и пр. На мно-
гих предприятиях Вторцветмета применяются технологичес-
11.1, Схемы первичной переработки . . -t 241
кие схемы [39] первичной обработки лома и отходов всех цвет-
ных металлов независимо от их вида. Здесь же рассмотрены схемы
переработки лома и отходов алюминия и его сплавов. ?
. 11.1. Схемы первичной переработки
На технологической схеме первичной обработки лома и отхо-
дов алюминия и алюминиевых сплавов (рис. 11.1) представле-
на практически вся номенклатура вторичного алюминиевого
сырья, поступающего на заводы.
Поступающие на предприятие лом и отходы подвергаются
пиротехническому и радиационному контролю, сведения о ко-
торых даны в разд. 12.2. В процессе сортировки поступившее
сырье разделяется на две основные группы: алюминий и алю-
миниевые сплавы.
Алюминиевые отходы и лом представляют значительный
интерес, так как позволяют производить всю применяемую в
промышленности гамму сплавов. В процессе сортировки (гл. 3)
выделяются те виды лома и отходов, которые являются готовой
продукцией для металлургической переработки, а остальные на-
правляются на разделку (гл. 4). Значительная часть алюминиево-
го лома после разделки подвергается пакетированию с целью его
уплотнения и уменьшения угара при хранении и переплавке.
Выделенные в процессе сортировки лом и отходы из алю-
миниевых сплавов подразделяются на виды: деформируемые и
литейные сплавы, сплавы с повышенным содержанием магния,
цинка; все остальное сырье классифицируется как смешанный
лом. Лом и отходы из всех видов алюминиевых сплавов разде-
лывают с помощью машин и аппаратов, пригодных для данно-
го вида сырья (гл. 4). Однако смешанный лом и некоторые виды
промышленного и бытового лома из литейных сплавов подвер-
гают разделению в тяжелых средах (разд. 3.5), а прочие отходы
(шлаки, шламы и пр.) разделывают и сортируют в соответствии
с рекомендациями, изложенными в разд. 4.4 и 14.2.
Значительная часть вторичного алюминиевого сырья пред-
ставляет собой стружку, технологическая схема первичной об-
работки которой представлена на рис. 11.2. Согласно этой схе-
16 Заказ № 215
242
Гл. 11. Технологические схемы переработки лома и отходов
миниевых сплавов.
11.1. Схемы первичной переработки
243
Стружка
Ч;.
Сыпучая
Витая
I.Грохочение
Кусок
Стружка
Стружка витая
Сортировка по видам
II. Дробление
Стружка
И1, Удаление влаги и масла
' Сухая обезжиренная стружка
, VII, Сортировка
Кусок
IV. Грохочение
Стружка мелкая
V. Магнитная сепарация
Магнитная фракция
Немагнитная фракция
IX. Обработка по другим
схемам
‘ VIII. Пакетирование
Отсев
VI. Брикетирование
Готовая продукция (стружка) по ГОСТу
|-------------;--- '‘ГУ* I
Сыпучая
Витая
Брикеты, россыпью
Пакеты
Рис. 11.2. Технологическая схема первичной обработки стружки алю-
< миния и алюминиевых сплавов.
244
Гл. 11. Технологические схемы переработки лома и отходов
11.2. Схемы металлургической переработки
245
ме сыпучая и витая стружки складируются раздельно. Грохоче-
ние витой стружки осуществляется с целью отделения сыпучей
стружки класса —100 мм. Грохочение сыпучей стружки заключа-
ется в отделении кусков крупностью более 100 мм, которые
поступают на видовую сортировку (гл. 3).
Прошедшая грохочение витая стружка подвергается дроб-
лению (разд. 4.2.2), а недробимые предметы выбрасываются и
поступают на сортировку. Если нет возможности произвести
дробление витой стружки, ее подвергают сортировке, которая
заключается в отделении лома, кусковых отходов, посторонних
предметов и пр. После сортировки стружку брикетируют
(разд. 4.5) и направляют на переплавку.
Прошедшая грохочение и дробление сыпучая стружка по-
ступает на сушку для удаления влаги и масел (разд. 5.2). Сухая
обезжиренная стружка направляется на грохочение с целью
отсева землистой фракции —3 + 0 мм, которая затем отправля-
ется заводам черной металлургии по специальным техническим
условиям. Очищенная от мелкой фракции стружка поступает на
магнитную сепарацию (разд. 3.4), в процессе которой из нее
выделяется магнитная фракция, перерабатываемая по специаль-
ным схемам. Немагнитная же фракция идет на переплавку или
брикетирование.
На рис. 11.3 приведены технологические схемы переработ-
ки шлака (а), скрапа (б) и стружки (в), используемые на заво-
дах компании “Реметалл” и “Рефиналса” (Испания). Эти нагляд-
ные схемы не требуют пояснений, но заметим, что линию пе-
реработки шлаков на заводе “Рефиналса” применяют и для об-
работки отходов фольги.
z - ₽
| i 11.2. Схемы металлургической переработки
:? I
В гл. 6 — 10 рассмотрены вопросы металлургической переработки
лома и отходов алюминия в печах различных типов, а также
методы рафинирования и литья сплавов. Практически же заво-
ды не имеют всего набора печей и инфраструктуры, описан-
ных выше, а предпочитают использовать определенные виды
оборудования.
Рис. 11.4. Технологические
схемы переплавки кусковых (д) и мелких (б) отходов и лома алюминия.
ЛИТЕЙНАЯ МАШИНА И ЧУШКОУКЛАДКИ
Гл. 11. Технологические схемы переработки лома и отходов 11.2. Схемы металлургической переработки
Рис. 11.5. Технологическая схема
разливки сплава в чушки, пакетирования, взвешивания и увязки па
кетов фирмы “Реметалл”.
В
ж
л
248
Гл. 11. Технологические схемы переработки лома и отходов
На рис. 11.4 представлены технологические схемы переплав-
ки различных видов лома и отходов, используемые на заводах
фирмы “Реметалл”. Переработку кусковых отходов (а) прово-
дят в отражательной печи (гл. 7), из которой расплавленный ме-
талл поступает в миксер (гл. 7 и 8), а затем разливается в уста-
новки полунепрерывного литья, предварительно пройдя через
фильтр. Переработку мелких фракций лома и отходов (б) про-
водят в роторной (разд. 7.3) и отражательной (гл. 7) печах,
причем из последней металл, пройдя через фильтровальную
установку, попадает на разливку.
На рис. 11.5 представлена технологическая схема разливки
сплава в чушки, применяемая на заводах компании “Реметалл”.
Металл, пройдя через фильтр (гл. 9), поступает на колесный
дозатор (он широко используется на многих заводах мира), с
помощью которого отмеряется определенная доза металла и
заливается в изложницу литейного конвейера (разд. 10.1). Пос-
ледняя треть конвейера охлаждается водяным туманом, а обра-
зующиеся пары отсасываются и выбрасываются в атмосферу.
Чушки, выпавшие из изложниц литейного конвейера, попада-
ют на горизонтальный транспортер, проходят установку допол-
нительного охлаждения чушек и поступают на чушкоукладчик,
а затем на устройство для взвешивания, пакетирования и увяз-
ки пакетов.
11.3. Технологические схемы
Выбор технологической схемы в значительной мере зависит от
тех видов сырья, которые перерабатываются на данном заво-
де. На заводах Вторцветмета, как правило, выпускаются спла-
вы разных вторичных цветных металлов (алюминий, медь, цинк
и т.д.). С целью сокращения капитальных и эксплуатационных
затрат ряд переделов на указанных заводах используется для
переработки всех видов сырья (сортировка, взвешивание, пи-
ротехнический и радиационный контроль и т.д.). Но несмотря
на это, технологические схемы на таких заводах достаточно
сложны, поскольку используемое оборудование зависит от вида
11.3. Технологические схемы
249
Вход шлака Вход стружки
Осмотр
Осмотр
Вход крупного скрапа
Осмотр
Склад
Склад
Печь для
вытопки
Склад
Склад
Дробилка
Дробилка
Термический
сушитель
Магнитный
сепаратор
Магнитный
сепаратор
Склад
| Склад
Барабанная <
печь
] Шлак U.
> Отражательная <
печь 1 ~'
] Шлак К
* Отражательная
печь 2
Литье
слитков
Литье
чушек
______Х_-
Осмотр и
штемпель
| Склад Й----------->| Отправка]
Рис. 11.6. Упрощенная технологическая схема производства вторичного
алюминия.
250
Гл. 12. Технический контроль производства
металла. Отсюда понятно, что в каждом конкретном случае тех-
нологическая схема завода создается с учетом конкретных ус-
ловий, и, как правило, эти схемы постоянно меняются под
влиянием рынка.
В качестве примера на рис. 11.6 приведена упрощенная схе-
ма завода, рекомендуемая американской фирмой СМП, Inc.
Данная схема предусматривает переработку литейного шлака,
стружки и крупного скрапа и рассчитана на производство до
60 тыс. т вторичного алюминия в год.
Глава 12 ___ ч , .'1,.,...
Технический контроль производства J
Для обеспечения выпуска продукции в соответствии с требова-
ниями нормативно-технической документации на всех переде-
лах производства проводится контроль материалов, операций,
технологических процессов и товарной продукции силами служ-
бы технического контроля, в задачи которой входят:
— установление соответствия показателей качества сырья и
материалов, поступающих на передел, требованиям ТУ и пре-
дотвращение использования материалов с отклонениями от этих
показателей;
— контроль соответствия параметров технологического про-
цесса требованиям технологических инструкций по производ-
ству конкретных видов продукции и предупреждение наруше-
ния режимов технологического процесса;
— определение соответствия качества товарной продук-
ции требованиям ГОСТа, ТУ, техническим соглашениям и до-
говорным условиям на ее поставку и оформление серти-
фикатов;
— выявление причин отклонения параметров качества про-
дукции от заданных, разработка и контроль за выполнением
мероприятий по стабилизации параметров качества, а также
разработка мер по ужесточению показателей с целью повыше-
ния качества продукции.
12.1. Методы проверки лома и отходов
251
Контроль производства вторичного алюминия включает в
себя: контроль и анализ поступающего сырья и материа-
лов (пиротехнический и радиационный контроль); контроль
параметров технологического процесса; анализ готовой про-
дукции. .
- . > М , . .. к. ' .< . . . . ;
‘ “о- ' '.' ' ' '
12.1. Методы проверки лома и отходов
Отнесение лома и отходов алюминия и сплавов к тому или
иному классу, группе, марке и сорту проводят по внешним
признакам и с помощью спектральной аппаратуры (гл. 3). От
всего поступающего на переработку сырья для определения его
качества отбирают пробы. Назовем основные понятия в мето-
дах отбора проб.
Партия лома и отходов — любое количество товарно-
го сырья одного наименования, единовременно отправлен-
ное в один адрес и сопровождаемое одним документом (пас-
портом).
Разовая проба — определенное количество лома и отходов,
отобранное за один прием в одной точке вагона (контейнера,
машины) в определенный момент времени и характеризующее
определенный объем опробуемого сырья.
Общая проба — проба, составленная из необходимого чис-
ла разовых проб и с определенной гарантией точности, пред-
ставляющая опробуемую партию.
Число разовых проб N зависит от массы партии Q и одно-
родности опробуемого сырья. Минимальное число разовых проб
N определяют по формуле
N=CjQ
где Q — масса партии опробуемого материала, т; С — коэффи-
циент однородности (для однородной по крупности стружки
равен 1,5, для неоднородной — 3,0).
Минимально необходимое число разовых проб, отбираемых
в общую пробу (вычисленное по вышеуказанной формуле), и
масса общей пробы М (кг) приведены в табл. 12.1 [39].
252
Гл. 12. Технический контроль производства
Таблица 12.1
Показатели отбора проб
Масса партии Значение N Значение М !
’ ' 0, т С= 1,5 С = 3,0 С= 1,5 С=3,0
До 3 3 5 6 з’.'* 1 10
3-5 4 7 8 14
5-10 5 10 10 20
ус ю—20 7 13 14 26
20-60 12 23 24 46
Примечание. Масса разовой пробы не менее 2 кг. ’ " '1'
Отбор проб и испытания проводят:
— от лома и кусковых отходов — на засоренность. Для этого
отбирают среднюю пробу, характеризующую данную партию,
и подвергают ее разделке или плавке. Механическая засорен-
ность лома определяется по специальной таблице, приведен-
ной в [3], в которой указаны виды лома (автомобильный, элек-
тротехнический, самолетный, бытовой и пр.), а также общая
засоренность, в том числе железом, влагой, земельным забо-
ром и пр.;
— от стружки — на содержание влаги, масла, механичес-
кой примеси железа и прочего засора, а также на металлурги-
ческий выход и химический состав;
— от съемов, шлаков и других отходов — на химический
состав и содержание металла.
Опробование лома и отходов имеет важное значение не
только для оценки качества поступающего сырья, но и для
подготовки шихты при выплавке качественных сплавов.
Масса лома и отходов алюминия, подлежащая оплате,
определяется как масса нетто, т.е. общая масса (брутто) по-
ступившей партии за вычетом примесей (не из цветных ме-
таллов), а для стружки — как масса, вычисленная по метал-
лургическому выходу на основании пробной лабораторной
плавки.
Отбор проб, их разделку и подготовку для определения за-
соренности, металлургического выхода и химического состава
проводят в соответствии с утвержденными ГОСТами, основные
сведения о которых представлены в [39].
12.1. Методы проверки лома и отходов
253
Определение содержания влаги, масел и засоренности зем-
лей осуществляют методом отмывки пробы стружки моющими
растворами, промывки проточной водой на сите с отверстия-
ми 0,5 мм и взвешивания оставшейся чистой стружки. Затем из
пробы магнитом извлекают железные частицы, взвешивают их
и определяют засоренность стружки железом, а после этого из
пробы пинцетом отбирают неметаллические примеси, другие
металлы и сплавы и, взвешивая их, определяют засоренность
неметаллическими примесями и другими металлами. После всех
операций указанную пробу используют для нахождения метал-
лургического выхода, для чего ее загружают в тигель, в кото-
ром предварительно расплавлен 1 кг алюминиевого сплава. Ис-
следуемую пробу вводят небольшими порциями под расплавлен-
ный флюс, и при этом температура сплава не должна превы-
шать 800 °C. После полного расплавления стружки и отстоя рас-
плава снимают шлак и выливают металл в изложницу. Зная массу
полученной чушки q предварительно расплавленного сплава qx
и анализируемой пробы q, рассчитывают металлургический
выход X по формуле
X = (q - qx) : q.
Шлаки и съемы, поступающие на переработку, подверга-
ют осмотру с целью оценки пригодности их для плавки: выяв-
ляют куски массой более 40 кг, наличие бедных, непригодных
для непосредственной металлургической переработки сильно
окисленных или флюсовых шлаков, а также посторонних пред-
метов (кирпич, лом черных металлов, графит и т.д.).
Для определения металлургического выхода отобранную
пробу дополнительно измельчают и отбирают навеску мас-
сой 1—2 кг, которую загружают в наплавленную ванну под
предварительно расплавленный флюс. От полученных слит-
ков высверливают стружку и анализируют ее на содержание
алюминия.
Химический состав шлака анализируют путем плавки на-
вески без добавки алюминия, а в полученном слитке химичес-
ким или спектральным методом находят содержание меди,
железа, цинка и кремния, а содержание алюминия определя-
ют по разности.
254
Гл. 12. Технический контроль производства
12.2. Пиротехнический и радиационный контроль
На пиротехническую и радиационные службы предприятия по
переработке лома и отходов алюминия возлагается [39]:
— руководство и надзор за производством работ по конт-
ролю лома и отходов, отбор и переноска взрывоопасных пред-
метов и радиоактивных отходов на склад временного хранения;
— надзор за организацией огневой разделки военного и
взрывоопасного лома;
— руководство транспортировкой и уничтожением взрыво-
опасных предметов.
На всех стадиях контроля лома и отходов алюминия долж-
ны выполняться следующие требования:
— весь поступающий лом и отходы должны подвергаться
радиоактивному контролю;
— лом, поступивший без удостоверения на взрывобезопас-
ность, должен выгружаться на отдельную площадку;
— все полые предметы (баллоны, трубы, цилиндры, бочки
и т.д.) должны быть освобождены от посторонних предметов и
веществ, а в зимнее время — от ледяных пробок и, кроме того,
доступны для осмотра внутренней поверхности: днища бочек,
цистерн и других емкостей должны быть вскрыты, отверстия в
баллонах — открыты, а в корпусе каждого баллона должно быть
прорезано второе отверстие;
— поступающий самолетный лом должен быть свободен от
горючих и смазочных веществ и боеприпасов;
— в загружаемом в печи сырье не должно содержаться де-
талей со льдом и снегом, а также сильно охлажденных деталей.
Таким образом, пиротехнический контроль ведется на всех
стадиях переработки лома, вплоть до его загрузки в печь. Важ-
ная задача пиротехников — обучать персонал отличать взры-
воопасный лом и соблюдать правила поведения при обнаруже-
нии последнего.
Для проведения радиационного контроля на предприятии
должна быть создана служба, персоналу которой необходимо знать
правила проведения радиационного контроля и пользования до-
зиметрической аппаратурой. Контроль можно осуществлять дози-
метрическими приборами типа СРП-68 или ДРГЗ-ОЗ, а также
12.2. Пиротехнический и радиационный контроль
255
другими средствами измерения. Максимально допустимая, безо-
пасная мощность ионизирующего излучения не должна превы-
шать 120мкР/ч. Радиационный же фон, как правило, находится
в пределах 10—20, но не должен превышать ЗОмкР/ч.
: „ 12.3. Контроль параметров производства сплавов
При производстве сплавов контролируются следующие пара-
метры: масса, химический состав и наличие посторонних при-
месей в ломе и отходах, поступающих на плавку; порядок
подачи шихты и его соответствие шихтовой карте, а также масса
загружаемых компонентов; время отдельных операций,
температурные режимы, химический состав сплавов, его со-
ответствие нормативно-технической документации; при про-
изводстве слитков из деформируемых сплавов в них анализи-
руют газосодержание, химический состав, излом и макро-
структуру.
Масса сырья и загружаемых компонентов, а также готовой
продукции определяется с помощью платформенных весов,
которые обеспечивают необходимую точность измерения.
Температурный режим контролируется, как правило, по
хромель-алюмелевой термопаре, а в качестве вторичного при-
бора применяются показывающие или регистрирующие прибо-
ры класса точности не ниже 1,5.
Химический состав сырья и готовой продукции на совре-
менных заводах анализируется спектральным методом с ис-
пользованием спектрографов или квантометров, среди кото-
рых наибольшее распространение получили приборы
ARL72000C и ARL31000, весьма оперативно выдающие дан-
ные по содержанию практически всех элементов, присутству-
ющих в сплаве. Оперативный анализ поступающего на пере-
работку сырья выполняют приборы различного типа, описан-
ные в гл. 3.
Содержание водорода может быть определено многими ме-
тодами, но наибольшее распространение для контроля жидко-
го металла получил метод первого пузырька (ГОСТ 21132.0—75),
в его основе лежит принцип измерения давления, при котором
256
Гл. 12. Технический контроль производства
=iu Таблица 12.2
Схема контроля технологических параметров сплавов
Стадия процесса и объект контроля Контролируемый параметр Метод измерения Средство измерения
Приход сырья, лом и отходы <<' F '/ .ii' Наличие взрыво- опасных предметов Наличие радиации Масса сырья Качество сырья Химический состав Визуально Определение уровня радиации Определение массы Визуально Определение со- держания ком- понентов Дозиметр типа ДРГЗ-ОЗ Платформенные весы Полярограф ПВ-5, см. также гл. 3
Подготовка сырья, стружка Содержание масла, влаги, железа Температура газа при сушке стружки Определение со- держания ком- понентов Замер темпера- туры Специальные методики ? Термопара ХК, ’ прибор
Производство сплава, расплав Масса составляю- щих Температура в печи Определение со- держания ком- понентов Замер темпера- туры Квантометры типа ARL 72000С и 31000 Термопара ХА, прибор
Разлив металла, расплав Химический состав Температура рас- плава на желобе Определение со- держания компо- нентов Замер темпера- туры Квантометры типа ARL 72000С и 31000 Термопара ХА, прибор
Клеймение, чушка Номер плавки Визуально —
Пакетирование Качество упаковки — __
Взвешивание, пакет Масса Определение массы Платформенные весы
Маркировка, чушка, слиток Качество и пра- вильность марки- ровки Визуально *
12.3. Контроль параметров производства сплавов
257
Окончание табл. 12.2
Стадия процесса и объект контроля Кон трол иру емы й параметр Метод измерения Средство измерения
Отгрузка готовой Правильность Визуально —
продукции оформления доку-
ментов, качество ' 7'7. ;
крепления пакетов
из расплава выделяется первый пузырек газа. Этот способ дает
удовлетворительные результаты при небольшом содержании ок-
сидов в расплаве (0,007—0,02 %). За рубежом используется ме-
тод регистрации количества водорода по изменению теплопро-
водности газа. Фирма “Штроляйн” (Германия) выпускает при-
боры H-mat 2020 Al, основанные на данном методе и позволя-
ющие определять количество водорода при его содержании в
сплавах ниже 0,01 %.
Макроструктуру слитков, полученных на машинах полуне-
прерывного литья, исследуют с целью выявления пористости,
размера зерна, интерметаллических образований и шлаковых
включений, а также трещин, неслитин и других дефектов. Для
этого от слитка отбираются и шлифуются темплеты, в связи с
чем метод является трудоемким и, следовательно, дорогим, оцен-
ка качества слитков таким методом носит случайный характер.
Поэтому он широко используется только для исследовательских
целей. В последние годы нашел применение метод ультразвуко-
вого контроля (УЗК), с помощью которого может быть исследо-
ван весь объем контролируемого слитка с автоматической реги-
страцией. В настоящее время широкое распространение получи-
ли автоматизированные установки типа “Сплав-1” [13], выявля-
ющие локальные дефекты (раковины, шлаковые включения,
трещины и т.п.). В табл. 12.2 приведена упрощенная схема конт-
роля технологических параметров сплавов.
Для получения высоких технико-экономических показате-
лей производства необходимо постоянно оснащать заводскую
лабораторию новейшими приборами и средствами контроля
качества поступающего сырья и товарной продукции, повышать
квалификацию специалистов-аналитиков и работников отдела
технического контроля. „ ; ,
17 Заказ № 215
258
Гл. 13. Основы экономики
Глава 13
Основы экономики
( , <ГГ 'irUiQTU'l ;Н
Во всех развитых странах потребности промышленности в цвет-
ных металлах удовлетворяются за счет их производства из руды
(первичное сырье) и из лома и отходов (вторичное сырье). О
роли вторичного металла можно судить по отношению объема
его производства к суммарному производству из первичного и
вторичного сырья, и чем оно выше, тем лучше, так как вто-
ричный алюминий дешевле первичного.
Как показывает практика [34], в себестоимости производ-
ства вторичных алюминиевых сплавов затраты на сырье и ма-
териалы составляют 88 %, а на энергию — только 2,1 %, в то
время как затраты на электроэнергию при производстве первич-
ного алюминия достигают 40 %. Именно данное обстоятельство
является одной из основных причин резкого увеличения про-
изводства вторичного алюминия в 60—70-е гг. [22]. Так, в Япо-
нии производство вторичного алюминия с 1963 по 1973 г. воз-
росло в 5,66 раза и практически ликвидировано производство
первичного алюминия. Американская фирма “Reynolds”, начав
в 1968 г. переработку тары из-под напитков, уже в 1995 г. пере-
работала более 217 тыс. т, или 70% от выпуска этой тары. По
данным фирмы “Reynolds”, в 1995 г. в США уровень утилиза-
ции алюминиевого лома составил 62,2 %.
Переработка вторичного алюминиевого сырья имеет также
важный экологический аспект, так как при производстве вто-
ричного алюминия в окружающую среду выделяется значительно
меньше вредных ингредиентов.
Затраты предприятия на производство продукции состоят
из стоимости сырья, материалов, энергоресурсов, амортиза-
ции основных фондов, заработной платы и других издержек.
Себестоимость продукции включает все затраты предприятия
на ее производство и реализацию, а также начисления на за-
работную плату, но не включает затраты на капитальное стро-
ительство, капитальный ремонт и содержание непромышлен-
ных объектов.
13.1. Потери при хранении и первичной переработке сырья
259
Основными элементами затрат на производство продукции
во вторичной цветной металлургии являются:
— сырье, энергия и основные материалы;
— заработная плата; 1 ’'
— амортизация основных фондов;
— прочие расходы.
Затраты на сырье, материалы и топливо складываются из
расходов на приобретение материальных ресурсов и доставку их
на завод. Эти затраты включаются в себестоимость продукции
за вычетом стоимости используемых отходов.
Расходы на заработную плату состоят из всех видов оплаты
труда всего персонала и отчислений на социальное страхование,
включая и пенсионный фонд.
К прочим затратам относятся организационные расходы,
складские и транспортные затраты и пр.
Рассмотрим пути снижения потерь сырья и затрат на его пе-
реработку на основных переделах производства вторичного алю-
миния.
Л 13.1. Потери при хранении
л и первичной переработке сырья
Для повышения извлечения алюминия при переработке лома и
отходов важное значение имеет способ подготовки сырья к
плавке. Это в первую очередь относится к алюминиевой струж-
ке, удельный вес которой в общем балансе сырья составляет
около 50 % [40]. Алюминиевую стружку и шлаки хранят под
крышей. Влияние потерь металла в зависимости от способа хра-
нения видно из данных табл. 13.1.
С целью снижения потерь от окисления стружки в про-
цессе ее сушки, которые достигают 4—5 % [40], необходи-
мо повсеместно внедрять установки по безокислительной суш-
ке данного вида сырья, так как при этом потери сокращают-
ся на 2 %.
Лом и отходы, кроме стружки и шлаков, хранят на откры-
тых площадках, а после первичной переработки — в коробах,
закромах, контейнерах и т.д.
260
Гл. 13. Основы экономики
Hi. г Таблица 13.1 tj> .....
Потери металла от окисления стружки г; те ос
в зависимости от способа хранения, % . »
Способ хранения Продолжительность хранения, мес
1 2 3
Под крышей 2,0 4,5 8,0
На открытой площадке 5,0 10,5 До 22,0
1 ’ ?.
Важным резервом повышения цены выпускаемой продукции
является разделение поступившего сырья по химическому составу.
При нетщательной разбраковке сырья неизбежны случаи исполь-
зования его не по назначению и выпуска на его основе дешевых
видов продукции. Поэтому определению состава лома и отходов
должно уделяться пристальное внимание — необходимо следить
за укомплектованностью и качественным составом отдела тех-
нического контроля и лаборатории, оснащенностью их необхо-
димыми приборами и средствами контроля химического состава
сырья и готовой продукции. При переработке вторичного сырья
на заводах по производству первичного алюминия и при тщатель-
ной сортировке поступившее сырье может быть в отдельных слу-
чаях использовано для производства продукции, на которую
обычно расходуется первичный алюминий, а это важный источ-
ник дополнительной прибыли.
Большое значение для снижения потерь имеет магнитная
сепарация сырья. Так, уменьшение содержания железа в алю-
миниевой стружке на 0,5 % снижает потери алюминия со шла-
ком на 0,7 %, позволяет сократить расход первичного алюми-
ния на производство марочного сплава на 1,5 % [И]. Особенно
эффективно применение магнитной сепарации в сочетании с
разделением на виды металлов при переработке лома электро-
технической и радиоэлектронной аппаратуры, который пред-
ставляет собой сложную смесь черных и цветных металлов.
Столь же значительный эффект обеспечивает разделение
смеси алюминиевых сплавов на системы Al — Mg, Al — Си — Si,
Al — Zn, так как при этом сокращаются дополнительные зат-
раты на первичный алюминий, медь, кремний, а также энер-
гоносители.
13.2. Потери при плавке и рафинировании сплавов
261
Как уже известно, первичная переработка лома и отходов
и, особенно, сортировка связаны с большими затратами руч-
ного труда, и поэтому разработка, изготовление и внедрение
средств механизации являются важными факторами повышения
эффективности производства.
13.2. Потери при плавке и рафинировании сплавов
Потери металла при плавке в первую очередь зависят от типа
применяемой печи. Так, по данным [40], извлечение металла при
плавке в электропечах на 3 % выше, чем на отражательных.
В процессе выплавки происходит угар — потери металла вслед-
ствие окисления компонентов сплава (химический угар) и загряз-
ненности шихты (физический угар), величина которого зависит
от химического состава сплава, степени загрязненности шихтовых
материалов, типа плавильного агрегата, режима и температуры
выплавки сплава. Ориентировочные данные об угаре компонентов
сплава при использовании чистой и окисленной шихты приведе-
ны в табл. 13.2. Большое влияние на величину угара оказывает не
только тип используемых печей, но и степень уплотненности
шихты [34], что наглядно видно по данным табл. 13.3.
Следует отметить, что до настоящего времени нет научно
обоснованных норм угара компонентов сплава. В разных источ-
никах эти данные различаются во много раз, особенно по та-
Угар компонентов сплава при чистой (1) и окисленной (2)
шихте, %
Электрические и тигельные Ь/4* Отражательные печи
* ‘ Компонент печи
1 2 1 2 7 МОЭН
А1 0,5-1,0 1,0-2,0 1,0-2,0 2,0-3,0
Si 0,5-1,0 0,5-1,0 0,5-1,0 0,5-1,0 ' "
ЬСВ ’ Mg 2,0-3,0 3,0-5,0 3,0-5,0 3,0-10,0 ’
• . Ti 0,5-1,0 1,0-2,0 1,0-2,0 2,0-3,0
; Од Мп 0,5-1,0 1,0-2,0 1,0-2,0 2,0-3,0
Ni 0,5-1,0 0,5-1,0 0,5-1,0 0,5-1,0 ,,г.
Cu 0,5-1,0 1,0-2,0 1,0—2,0 2,0—3,0
262
Гл. 13. Основы экономики
Таблица 13.3
Угар компонентов сплава при плотной (1) и некомпактной (2) шихте, %
Г ' . ; Компонент Ванные печи Тигельные печи
1 2 1 2
А1 2,0-3,0 3,0-5,0 0,8-1,0 2,0-3,0
ft'1''’ ‘U Г.» м Mg 2,0-5,0 3,0-5,0 5,0-10,0 5,0-10,0 1,0-1,5 2,0-3,0 2,0-3,0 3,0-5,0
Ti 2,0-5,0 5,0-10,0 1,0-1,5 1,0-5,0
1 Мп 2,0-5,0 5,0-10,0 1,0-1,5 2,0-3,0 1
•4'1 R'j •В- • Ni 1,0-1,2 1,0-1,5 0,5-1,0 1,0-1,2
И ... Си 1,0-1,2 1,0-1,5 0,5-1,0 1,0-1,2
ким элементам, как кремний, цинк, марганец. Поэтому следу-
ет определять химический и физический угар в условиях конк-
ретного цеха по балансовым плавкам.
При рафинировании сплавов дополнительные затраты скла-
дываются из стоимости газа (и связанных с его применением
амортизационных отчислений на аппаратуру для его ввода) и
безвозвратных потерь металла в виде шлака. Стоимость рафини-
рующих газов заметно отличается, но в общей себестоимости
отливок доля стоимости газа не превышает 0,1—0,2%. Более
заметны затраты, связанные с образованием безвозвратных
потерь металла при рафинировании. Например, цена азота при-
мерно в 12 раз меньше стоимости аргона, но поскольку при его
применении получается на 1—2 кг/т шлака больше, рафиниро-
вание аргоном оказывается эффективней [24]. При рафиниро-
вании расплава хлором или смесью аргона с 3—10 % фреона-12
потери металла в шлак примерно в 1,5 раза выше, чем при
использовании нейтрального газа.
Уровень капитальных затрат при рафинировании хлором,
несмотря на простоту и дешевизну собственно рафинирующего
устройства, примерно в 8 раз выше, чем при использовании азота.
Это объясняется высокой стоимостью склада хлора и очистных
установок для улавливания вредных веществ в отходящих газах.
Анализ структуры расходов показывает, что затраты на ра-
финирование алюминиевого расплава составляют 0,5—2,0 %
себестоимости литья. Применение того или иного способа ра-
13.3. Нормы расхода сырья на производство сплавов
263
финирования будет экономически оправданным только в том
случае, если эти затраты будут компенсированы полученными
выгодами за счет повышения качества металла.
Для снижения угара и безвозвратных потерь следует совер-
шенствовать процессы плавки и разливки сплавов.
13.3. Нормы расхода сырья на производство сплавов
Под нормированием понимают процесс установления нормы
расхода основных и вспомогательных материалов, топлива, элек-
троэнергии на 1 т продукции. Норма является основой для пла-
нирования производства, материально-технического снабжения
и стимулирует экономное расходование материальных ресурсов.
Со временем нормы расхода меняются, но неизменным оста-
ется стремление снизить общий расход шихтовых материалов и
использование первичных металлов.
Фактические нормы расхода сырья на производство спла-
вов, выпускаемых заводами вторичной цветной металлургии,
приведены в табл. 13.4 [3]. Как можно наблюдать, общие поте-
ри металла в зависимости от вида сплавов достигают 8,85—
Таблица 13.4 .
Фактический расход компонентов шихты на производство
различных видов сплавов, кг/т
Компонент шихты Литейные Деформи- руемые Раскислители
Лом И ОТХОДЫ 926,6 942,0 1101,0
В том числе: J
алюминий > 910,0 914,0 1101,0
медь -, 15,9 28,0 —
цинк ,.... ч 0,7 — —
Металлы 161,7 151,0 —
В том числе: .
алюминий 138,2 151,0 —
кремний 23,4 — —
марганец о,з — —
Итог о... 1088,5 1093,0 1101,0
264
Гл. 13. Основы экономики
10,1%, и поэтому разработка и внедрение мер, направленных
на экономное расходование материальных ресурсов, входят в
основные задачи специалистов предприятия.
Из данных, приведенных в [34], вытекает, что структура
себестоимости по элементам затрат на производство сплавов
во вторичной цветной металлургии выглядит следующим об-
разом (%):
Сырье и основные материалы 86,8
Вспомогательные материалы 1,0
Топливо и электроэнергия и 2,1
Заработная плата 2,0
Содержание и эксплуатация оборудования 6,1
Цеховые расходы ( ( 1,7
Прочие расходы 0,3
и Как видно, около 90 % себестоимости приходится на долю
сырьевых затрат. Следовательно, состояние и использование всех
видов материальных ресурсов является определяющим услови-
ем эффективной работы предприятия.
1 i ' -М
* и., 1 ь/:’ ; 'J
РАЗДЕЛ IV
г» ^экология, УТИЛИЗАЦИЯ ОТХОДОВ
И ОХРАНА ТРУДА
* Гл а в а 14
Образование и использование отходов производства
Промышленные площадки заводов по переработке вторичного
алюминия можно разделить на две части:
1 — площадь, занятая промышленными, административны-
ми и прочими зданиями и сооружениями;
2 — территория, предназначенная для хранения под откры-
тым небом поступившего сырья и продуктов после первичной
переработки лома и отходов.
Так, первая часть, сравнительно невелика и не превышает
нескольких гектаров, а вторая занимает значительную террито-
рию (до сотни гектаров), на которой имеется весьма развитая
сеть железнодорожных и автомобильных путей.
Кроме того, при каждом заводе есть территории, занятые
промышленными отвалами для хранения отходов производства
в виде хвостов от обогащения сырья, шлаков и пр., которые
вследствие содержания в них химических соединений, отрица-
тельно влияющих на растения, животных и человека, требуют
особого отношения к их обезвреживанию.
Радикальным средством предупреждения отрицательного
влияния отвалов на окружающую среду может явиться воз-
можно более полное использование отвальных материалов для
строительства и других целей (что практически не относится
к отходам производства вторичного алюминия). Поэтому от-
валы необходимо хранить таким образом, чтобы предупредить
распыление содержащегося в них материала при ветровой
эрозии и защитить от ливневых вод. С указанной целью по-
верхность промышленных отвалов и заполненных хвостохра-
нилищ закрепляется битумом, смолами, пленками и други-
ми материалами, а впоследствии обязательно проводится ре-
культивация земель.
266
Гл. 14. Образование и использование отходов производства
14.1. Отходы и выбросы при производстве сплавов
Поступающие на переработку лом и отходы алюминия содер-
жат различные виды сора: влагу, масло, землю и прочую засо-
ренность в виде резины, различных изоляционных материалов,
бумаги, дерева и пр. По данным [1], величина суммарной засо-
ренности может достигать 77 %, особенно засорены отходы ка-
бельной продукции, бытовой лом и стружка. Поэтому уже пос-
ле первичной обработки исходного сырья образуется значитель-
ное количество отходов, которые частично идут на дальнейшую
переработку, но подавляющее количество направляется в отвал.
Так, при первичной переработке алюминиевой стружки ее
дробят и подвергают грохочению с целью отделения мелкой за-
соренной фракции, которая наряду с алюминием содержит раз-
личные виды сора и в настоящее время отправляется в отвал.
По данным [4], при переработке стружки до 2 % находящегося
в ней алюминия и 4 % оксида алюминия вывозится в отвал. При
разделении сплавов по группам в тяжелых средах образуется
шлам, который также направляется в отвал.
При выплавке вторичного алюминия в отражательных и
вращающихся печах формируется солевой шлак, масса кото-
рого достигает 40 % от массы сплава. Шлак же, который по-
лучается при плавке без
флюсов, литье и рафини-
ровании, перерабатывает-
ся по схемам, описанным
в разд. 4.4.
При сушке алюминие-
вой стружки, плавке сырья
и рафинировании сплавов
Рис. 14.1. Выделение вредных
веществ при рафинировании
алюминия продувкой газами с
расходом 0,07 м3/мин [23].
1 — N2 + 3 % фреона-12 под жид-
ким флюсом; 2 — N2 + 5 % фрео-
на-12; 3 — N2 + 10 % фреона-12;
4 - Cl2. I - НС1; II - Д12О3; III -
другие твердые частицы.
14.1. Отходы и выбросы при производстве сплавов
267
выделяются газы и пыль. Алюминиевую стружку с содержанием
5—30 % влаги и масла сушат в барабанных сушилках, выделя-
ющиеся при этом пары масел дожигают в камерах, а отходя-
щие газы с количеством пыли 0,3—0,5 г/нм3 удаляют в дымо-
вую трубу.
Плавку и в отдельных случаях рафинирование ведут в топ-
ливных или индукционных печах. Газы отражательных печей со-
держат пыль в виде NaCl и КС1, а также газообразные компо-
ненты в виде НС1 и SO2. /
При проведении газового рафинирования небольшие добав-
ки фреона-12 в нейтральный газ позволяют снизить концент-
рацию токсичных и загрязняющих окружающую среду веществ
по сравнению с-хлорированием (рис. 14.1).
При рафинировании и модифицировании сплавов исполь-
зуются различные вещества; ПДК некоторых из них приведены
в табл. 14.1.
Таблица 14.1
ПДК вредных веществ в воздухе рабочей зоны
и населенных пунктов, мг/мэ
Соединение Растворимость в воде, г/л Значение ПДК
в воздухе рабочей зоны разовое в воздухе города среднесуточное в воздухе города
A1F3 5,00 2,5 0,20 0,030
BF3 2,99 1,0 — —
Na3AlF6 0,61 : 2,5 0,20 1 0,030
K2ZrF6 — 1,0 — —
SiF4 Реагирует 0,5 0,02 ’ 0,005
NaF 42,80 1,0 0,03 0,010
B2O3 2120 5,0 — —
H3BO3 51,50 10,0 — —
TiC Не реагирует 10,0 • — —
TiO2 » 10,0 — 1.. —
TiCL Реагирует 0,001 — . . —
KC1 344,00 10,0 0,10 —
NaCl 268,60 10,0 — —
Cl — — 0,10 а: 0,030 ;
HC1 451,50 — 0,05 0,015
268
Гл. 14. Образование и использование отходов производства
Таким образом, основным видом отходов при переработке
вторичного алюминия, который может быть подвергнут допол-'
нительной обработке с целью извлечения полезных компонен-
тов, являются отвальные шлаки, и > ?<
14.2. Основные способы переработки отвальных шлаков
Как было показано ранее, при переработке стружки и других
мелких отходов образуется много отсевов и пыли, в которых
содержится значительное количество алюминия, но из-за ма-
лых размеров алюминиевых частиц и трудности обогащения этих
отходов они практически не перерабатываются и вывозятся в
отвал. Наиболее эффективно такие отходы можно использовать
для приготовления экзотермических смесей, квасцов и других
продуктов.
Отвальный продукт, удаляемый из печей при плавке алю-
миния с применением флюсов (отвальный шлак), состоит в
основном из металлического алюминия в виде корольков раз-
личной величины, флюсовых солей, оксидов алюминия, желе-
за и других металлов, а также из землистого засора, карбида
алюминия и пр. Соотношение этих веществ в отвальных шлаках
может быть самым различным. В качестве примера ниже приве-
ден ориентировочный состав отвальных шлаков (%), получен-
ных при плавке алюминия в пламенной печи:
Растворимая часть ,'н
КО NaCl СаС12 А1С13 MgCl2 FeCl3 Всего -
40,0 33,0 1,0 0,7 0,3 Следы Нерастворимая часть 75,0
А12О3 SiO2 MgO FeO AIN Mg3N2 Al (мет) Всего
9,0 2,5 2,3 1,0 0,3 0,3 10,0 25,0
При переработке вторичного сырья во вращающихся печах
содержание солевой фракции повышается.
14.2. Основные способы переработки отвальных шлаков
269
Основной целью переработки отвальных шлаков является
комплексное использование всех составных частей шлака, вклю-
чая и находящийся в нем металлический алюминий. Рассмот-
рим основные способы переработки жидкого и сухого отваль-
ного шлака.
Отстаивание шлака. Металлический алюминий в отвальных
шлаках состоит из корольков различных размеров: диспергиро-
ванного алюминия, образовавшегося вследствие распада субсо-
единений; мелких корольков металла, запутавшегося при рас-
плавлении мелких отходов; крупных включений алюминия, за-
хваченных при снятии шлака с поверхности. Содержание алю-
миния в отвальных шлаках (процент от массы шлака) по дан-
ным [4] достигает 15 % и распределяется следующим образом:
фракция +5 мм — 2,89; фракция 1—5 мм — 3,08; фракция 0,5—
1,0 мм — 2,57; фракция —0,5 мм — 4,79; мелкодисперсный алю-
миний — 1,77.
Вследствие разницы в плотности корольков алюминия (2,3—
2,4г/см3) и шлака (1,89 г/см3) корольки металла опускаются в
жидком шлаке, а скорость их осаждения в соответствии с за-
коном Стокса при прочих равных условиях пропорциональна
квадрату диаметра королька. В связи с тем, что отстаивание
мелких корольков идет с малой скоростью, требуются значитель-
ное время и затраты на поддержание шлака в расплавленном
состоянии, этот способ не нашел практического применения.
Центрифугирование жидких шлаков [4] проводилось на опыт-
ной установке, однако из-за опасности центрифугирования
жидкого шлака в производственных условиях данный метод не
используется.
Фильтрация жидких шлаков через базальтовую крошку по-
казала возможность отделения металла от шлака и получения
чистого фильтрата солей с небольшой (1,5—3 %) концентрацией
нерастворимого осадка. Но таким способом удалось получить
фильтрата только 15—35 % от содержания солей в шлаке, по-
этому и он не нашел промышленного применения.
Возгонка солей в вакууме. При понижении давления скорость
испарения хлоридов натрия и калия возрастает настолько, что
становится возможной переработка шлаков возгонкой в вакууме.
270
Гл. 14. Образование и использование отходов производства
При температуре 900 °C и остаточном давлении 0,4 мм рт. ст. шлак,
загруженный кусками крупностью 50—100 мм, через Зч превра-
щается в рыхлый продукт [4], из которого легко отсеиваются
корольки металла. Выход солей за Зч достигал 57—72% от мас-
сы шлака, или 98 % от их содержания в шлаке. Этот в принципе
пригодный метод не нашел применения из-за большого расхода
электроэнергии, который достигает 1120 кВт-ч/т шлака.
Сухой метод переработки солевых шлаков заключается в
дроблении и измельчении шлаков и их классификации, после
чего мелкая фракция идет в отвал, а крупная — на переплавку.
Этот очень простой метод имеет серьезные недостатки: срав-
нительно низкое извлечение металла, так как извлекаются толь-
ко крупные корольки, и полная потеря флюсовых солей.
Гидрометаллургический способ переработки солевых шлаков
состоит в том, что в измельченный шлак добавляется вода и
раствор подвергается выщелачиванию. При этом соли перехо-
Рис. 14.2. Принципиальная схема переработки соляных шлаков.
Сплошные линии — соляная смесь, штриховые — раствор солей, пунктир-
ные — пар.
14.2. Основные способы переработки отвальных шлаков
2Ж
дят в водный раствор (которого образуется около 10 м3/т шла-
ка), выпариваются и возвращаются в производство, а остаток,
состоящий из оксидов и алюминия, разделяется грохочением. В
процессе растворения шлаки освобождаются от находящихся в
них токсичных газов (СН4, H2S, NH3, Н2), которые отсасыва-
ются и подаются на двухступенчатую очистку газов. Упрощен-
ная схема переработки соляных шлаков приведена на рис. 14.2.
В настоящее время данный метод является самым экологи-
чески чистым и широко применяется в мировой практике (на-
пример, испанской фирмой “Реметалл”)- Высокая стоимость пе-
реработки шлаков этим методом может быть частично компен-
сирована за счет экономии на хранении шлаков в отвале.
...
-u;/ • dfU
г.и ЯЙР 8 Ю:
- 1 -гВЖ.нО Bf-’-GT
Глава 15
Основы экологии и охрана труда
Несмотря на относительно небольшие объемы образующихся
газов и выбросов пыли на заводах по переработке вторичного
алюминиевого сырья, к их очистке предъявляются повышенные
требования. Это связано с расположением таких производств
зачастую вблизи жилых районов.
Как указано в предыдущей главе, основными выбросами вред-
ных веществ в атмосферу являются газы и пыль, выделяющиеся
при сушке стружки и при рафинировании расплава. Поскольку
химический состав газов и пыли при этих процессах различный,
для их обезвреживания используются разные методы и аппараты.
Гидрометаллургические процессы, применяемые на различ-
ных стадиях подготовки сырья к плавке, создают значительные
объемы сточных вод, которые необходимо очищать, причем
объем их многократно возрастает за счет необходимости очис-
тки ливневых вод, количество которых (из-за обширной терри-
тории заводов и складированного на ней сырья) часто превы-
шает объемы производственных стоков.
Рассмотрим основные меры по пылегазоулавливанию и очи-
стке сточных вод, используемые при переработке лома и отхо-
дов алюминия.
272
Гл. 15. Основы экологии и охрана труда
15.1. Пылеулавливание и газоочистка
Для очистки отходящих газов, образующихся на различных эта-
пах переработки вторичного алюминиевого сырья, служат цен-
тробежные пылеуловители (циклоны), полые и насадочные
скрубберы, рукавные фильтры и электрофильтры, устройства
которых приведены в [41, 42].
При сушке алюминиевой стружки в печные газы перехо-
дят пары масел, продукты разложения органических веществ
и маслянистая пыль, где содержится свободный углерод
(табл. 15.1). Вследствие трудности газоочистки этих газов их,
как правило, дожигают в специальной камере (рис. 15.1).Фор-
сунка нагревает насадку, выполненную из шамотного кирпи-
ча, и стены камеры до температуры 700—750 °C, необходи-
мой для сгорания органических соединений. Пыль после до-
жигания становится сыпучей и легко улавливается в цикло-
нах. После дожигания запыленность дымовых газов снижает-
ся до 0,15—0,25 г/м3. Однако значительно более технически
совершенной следует признать технологию очистки газов,
примененную на установке безокислительного обжига стружки
типа “Интал” (см. рис. 5.4).
На рис. 15.2 приведена схема очистки отходящих газов от
отражательных печей, перерабатывающих алюминиевый лом,
которая состоит из полого скруббера, трубы Вентури, дымо-
сосов и циклона-каплеуловителя. Скруббер орошается извес-
тковым раствором или раствором соды с концентрацией от 2
до 10 г/л через форсунки, установленные в два яруса. Запы-
ленность газов на входе в скруббер составляет 0,40—7,75 г/м3,
а на выходе после циклона — в среднем около 0,10 г/м3. Сред-
няя эффективность очистки газов от пыли 94 %, а КПД сис-
темы по улавливанию хлора равен 83 %, фтора — 86,5 и сер-
Таблица 15.1
Химический состав пыли, %
Характеристика пыли Н2О С (свободн.) Д12О, FeO SiO2 CaO MgO Сумма оксидов
До дожигания 14,2 18,2 18,0 6,6 7,2 3,4 2,3 47,1
После дожигания 0,85 8,5 41,3 12,9 12,0 5,5 3,5 83,05 .
15.1. Пылеулавливание и газоочистка
273
J , Рис. /5.7. Камера дожигания газов от сушильных печей.
7’“^Дымовая труба; 2 — насадка; 3 — камера; 4 — форсунка; 5 — бункер для
золы; 6 — газоход от сушилки.
18 Заказ №215
274
Гл, 15. Основы экологии и охрана труда
нистого ангидрида — 98 % [2]. Общий объем газов, поступа-
ющих от печи на очистку, составляет около 20 тыс. м3/ч, а об-
щий расход раствора на орошение скруббера и трубы Венту-
ри — около 7 л/м3. При переработке лома на алюминиевых за-
водах отходящие от печи газы можно очищать в имеющихся
на заводах газоочистных установках для мокрой или сухой очи-
стки газов, отходящих от электролизеров, поскольку объем
Рис. 15.2. Схема газоочистки отражательной печи.
1 — полый скруббер; 2 — труба Вентури; 3 — циклон-каплеуловитель; 4 — вход
горячего газа; 5 — дымососы; 6 — дымовая труба.
15.2. Очистка сточных вод и оборотное водоснабжение
275
газов от отражательной печи в сотни раз меньше такового от
корпуса электролиза. Принцип действия и устройство газоочи-
стных установок на алюминиевых заводах подробно рассмот-
рены в [42].
Следует отметить, что при переработке лома и отходов
алюминия образуется во много раз меньше газов, чем при ис-
пользовании отходов других цветных металлов, и при этом
практически нет таких вредных ингредиентов, как сернистый
ангидрид, полициклические ароматические углеводоро-
ды, фтористый водород и др. Если при переработке алюми-
ния налажены утилизация солевых шлаков и очистка отходя-
щих газов при сушке стружки, плавке сырья и рафинирова-
нии сплава, то такое производство (с точки зрения вредных
выбросов в атмосферу) может считаться практически эколо-
гически чистым.
ж-i : •15.2. Очистка сточных вод
’ и оборотное водоснабжение
Основными потребителями воды в производстве вторичного
алюминия являются системы охлаждения чушек и слитков, от-
ливаемых полунепрерывным способом; промывка лома и отхо-
дов алюминия и, в первую очередь, стружки; системы разделе-
ния лома и отходов в тяжелых средах; гидрометаллургическая
переработка солевых шлаков.
Качество и свойства воды, используемой в производстве,
должны отвечать установленным нормам, но во всех случаях к
ней предъявляются общие требования:
— должна быть безвредной для здоровья обслуживающего
персонала;
— используемая для охлаждения элементов оборудования
или продуктов производства вода не должна выделять механи-
ческих, карбонатных или других солевых отложений выше ус-
тановленной нормы. Ориентировочно скорость отложения взве-
сей и солей не должна превышать 0,25 г/(м2 • ч);
— не должна вызывать коррозии металла и разрушения
бетона;
276
Гл. 15. Основы экологии и охрана труда
— не должна способствовать развитию биологических обра-
станий теплообменных аппаратов со скоростью, превышающей
0,07 г/(м2-ч).
По качеству и свойствам производственные воды делятся
на четыре категории: 1 — для охлаждения материалов в тепло-
обменных аппаратах без контакта с материалом; 2 — для гид-
ротранспорта; 3 — для поглощения и транспортировки механи-
ческих и растворенных примесей с ее нагревом (мокрая очист-
ка газов); 4 — химически очищенная вода для испарительного
охлаждения.
Производственные сточные и ливневые воды резко отли-
чаются от природной химическим составом и большим содер-
жанием примесей, что обусловлено испарением воды, попада-
нием в нее охлаждаемых продуктов через неплотности в аппа-
ратах, промывкой оборудования и растворением химических
соединений.
15.3. Охрана труда и техника безопасности
Кроме общих правил по охране труда и технике безопасности,
которые касаются освещения, вентиляции, применения спец-
одежды, ограждений, электробезопасности и пр., при производ-
стве вторичного алюминия необходимо соблюдать и дополнитель-
ные меры, связанные со спецификой данного производства.
15.3.1. Техника безопасности при первичной обработке сырья.
Работа по сортировке лома и отходов алюминия должна про-
водиться специально обученными лицами под руководством пи-
ротехника. Загрузку лома на конвейеры и вращающиеся столы
необходимо механизировать. Сортировочные конвейеры долж-
ны быть ограждены щитами, оборудованы аварийными вык-
лючателями и иметь устройство регулирования скорости дви-
жения ленты.
Огневую резку должны проводить не менее двух человек по
наряду-допуску с учетом правил газопламенной обработки ме-
таллов. Снабжение кислородом требуется осуществлять от рас-
пределительных рамп по кислородопроводам, при этом приме-
нение шлангов длиной более 20 м не допускается. При исполь-
15.3. Охрана труда и техника безопасности
277
зовании бензорезов необходимо применять бензомаслостойкие
шланги длиной не менее 8 м, а бачок с горючим должен уста-
навливаться не ближе 5 м от баллонов с кислородом.
Разделка кабельного лома должна выполняться на специаль-
ных разделочных станках, приспособлениях и в обжиговых пе-
чах. Все движущиеся части механизмов необходимо закрыть ог-
раждениями. При дроблении кабельного лома запрещается: про-
водить смазку, очистку и другие операции на работающем обо-
рудовании; работать без защитных очков и рукавиц; выходить
за ограждения.
Резка лома на ножницах может выполняться только при ус-
ловии соответствия разрезаемого куска максимально допусти-
мому размеру для данного типа ножниц. Пусковое устройство
ножниц должно быть кнопочного типа и располагаться у рабо-
чего места, а педаль включения муфты ножниц должна иметь
ограждение, исключающее самопроизвольное включение нож-
ниц при случайном падении детали на педаль. Подачу лома к
ножницам необходимо механизировать.
Дробление и сушка стружки должны проводиться на специ-
альных площадках с перилами и обортовкой. Подача стружки на
дробление, загрузка стружки в барабан и уборка дробленой и
прокаленной стружки должны быть механизированы. У сушиль-
ного барабана со стороны подачи топлива требуется установить
вытяжной зонт, а с противоположной стороны — вытяжную
трубу. При установке параллельно нескольких барабанов рассто-
яние между ними должно быть не менее 3 м.
Пакетирование лома и отходов должно быть механизирова-
но: подачу стружки в пресс, выдачу и уборку брикетов следует
проводить с помощью консольно-поворотных кранов с элект-
ротельфером. Прессование предметов с закрытыми полостями,
наличием воды, льда и снега и остатками горючесмазочных
веществ запрещается.
15.3.2. Техника безопасности при плавке сырья. Плавка лома
и отходов требует тщательного соблюдения правил техники
безопасности. Влага и сырость являются частыми причинами
выбросов металла. Поэтому весь технологический инструмент
необходимо тщательно просушить и прогреть. При пуске в ра-
боту отражательной печи она должна быть хорошо провенти-
278
Гл. 15. Основы экологии и охрана труда
лирована и иметь достаточную тягу, чтобы исключить создание
в ней и боровах скоплений горючих газов. По мере накопления
жидкого металла в печи следует контролировать состояние дог-
ружаемой шихты и ничего не грузить без подогрева. Работать у
печи можно только в шерстяной спецодежде, кроме того, не-
обходимо пользоваться защитными очками.
При переплаве алюминиевых отходов происходит интенсив-
ное испарение флюсовых солей, особенно хлорида калия. Эти
возгоны могут создать большую загазованность в цехе в случае
неисправного состояния вытяжной вентиляции.
В процессе переплавки вторичного алюминиевого сырья в
нем могут находиться различные детали, которые при плавле-
нии могут возгоняться и попадать в организм человека. Назо-
вем наиболее опасные металлы и химические соединения.
Свинец и его соединения — не обнаруживаются ни по вкусу,
ни по запаху, их действия проявляются не сразу — сильно ток-
сичны, при наличии их в воздухе возникает металлический при-
вкус, нарушается пищеварение, возможны рвота, головные боли.
Оксид цинка — менее токсичен, чем свинец, вызывает ус-
талость, сонливость, головную боль, литейную лихорадку, ко-
торая обычно проходит через 8—10 ч.
Оксид углерода — сильно токсичен — кровяной яд, вызы-
вает головную боль, рвоту, одышку.
Бериллий — сильно токсичен, поражает центральную не-
рвную систему, сердце, почки, печень. При использовании бе-
риллиевой лигатуры необходимо строго руководствоваться спе-
циальной инструкцией по технике безопасности.
Для предупреждения отравления промышленными ядами тре-
буется герметизировать оборудование, устраивать местные отсосы
и следить за исправностью состояния вентиляционных систем.
При разливке металла в чушки или при использовании по-
лунепрерывного литья наибольшую опасность представляет со-
четание горячего металла в непосредственном соседстве с во-
дой, что может привести к выбросам металла и ожогам обслу-
живающего персонала. Поэтому необходимо руководствоваться
технологической инструкцией (в частности, указанием раздела
техники безопасности). я *
ПЕРЕЧЕНЬ РИСУНКОВ
, Н - ,, ‘ ' / И -1 4-
6lh ‘ ,-г 111 $
/уС V. ’ > х . л J ЖЖл - - ?. ' ' ' ...-' дН.,р
’‘ , ’ . X . i> S’X** ’"ii'* ;
? , ? -М ЧШ?
<•;.••. г1 а Ж" .. •> • ’ ж. ж Ж > t с
Рисунок ' 1К '•' СТр.
> »
2.1. Диаграмма состояния системы Sb — Bi . . . ‘ 21
2.2. Диаграмма состояния системы Pb — Sb . ; . 22
2.3. Диаграмма состояния сплавов, образующих твер- ? !
дые растворы............................н,' . 24
2.4. Основные системы легирования алюминиевых -
сплавов .......................................<!.;(. 29
3.1. Механизированный стол для сортировки лома * . ; . 56
3.2. Сортировочный конвейер . с . . л:. , • . < . 58
3.3. Линия сортировки лома и отходов ....... 59
3.4. Схемы вибрационных грохотов . . . . . . ; . 65
; 3.5. Сепаратор типа ЭПР-120 . ... . . Л . 69
f 3.6. Электромагнитный шкив типа ШЭ..................... 71
3.7. Барабанный сепаратор типа БЭ-140/100 .... 72
‘ 3.8. Магнитный барабанный сепаратор типа ПБСЦ-63/50 74
3.9. Установка для сортировки алюминиевого лома
и отходов........................................‘ . 76
4.1. Схемы резки плазменной дугой, плазменной струей
’ и общая схема установки............................. 81
4.2. Аллигаторные ножницы Н-315.................... . 82
' 4.3. Гидравлические ножницы Н-2338 84
1 4.4. Щековая дробилка с простым качанием щеки . . 88
» 4.5. Молотковая М8-6Б и роторная СМД-85 дробилки ' 90
4.6. Измельчитель типа ИПР-450М................7 . 93
4.7. Стружкодробилка СДР-2............................ 94
4.8. Стружкодробильный агрегат СДА-7...........< . 96
4.9. Станок для разделки сталеалюминиевого провода 98
4.10. Линия разделки лома и отходов кабеля . . . < . 99
= 4.11. Установка для разделки проводников тока . С . 100
4.12. Линия безокислительного обжига кабеля . . ' . . 102
4.13. Технологическая схема криогенной переработки
' неосвинцованного лома кабеля ...................Л . > 104
280
Перечень рисунков
Рисунок
4.14. Галтовочный барабан..............................
4.15. Схема установки AROS-DP..........................
4.16. Схема и последовательность прессования на пакетир-
прессе Б-132 ...................................
5.1. Сушилка индукционная ............................
5.2. Сушилка камерная.................................
5.3. Линия обезжиривания и сушки алюминиевой стружки
5.4. Установка безокислительной сушки стружки типа
“Интал”...............................................
6.1. Зависимость изменения энтальпии алюминия от
температуры.........................................1 .
6.2. Плавка шихты в печах различного типа.............
6.3. Зависимость давления насыщенного пара элементов
от температуры.....................................
6.4. Окисление твердого и жидкого алюминия при раз-
личных температурах ..................................
6.5. Окисление жидкого алюминия при различных темпе-
ратурах ..............................................
6.6. Ликвидус системы NaCl — КС1 .....................
6.7. Изменение состава футеровки печи в процессе плавки
7.1. Схема однокамерной отражательной печи . . . .
7.2. Круглая отражательная печь . .. .. . . . .
7.3. Схема печи со съемным сводом . . 8'.
7 А. Двухкамерная отражательная печь . . . . •.
7.5. Отражательная печь с выносной камерой . . ..
7.6. Трехкамерная отражательная печь .................
7.7. Короткобарабанная вращающаяся печь ....
i 7.8. Шахтная печь для плавки лома ..................
I 7.9. Схема шахтной печи “Jet Melter”................: .
* 7.10. Схема шахтной печи непрерывного плавления .
7.11. Схема оплавочной печи ........................
8.1. Двухтигельная электропечь типа CAT . . . .
. 8.2. Тигельная плавильно-раздаточная электропечь типа
САТН ....................................................
:> 8.3. Камерная раздаточная электропечь типа САК .
1 8.4. Электропечь-миксер типа САКМ......................
'8.5. Электропечь сопротивления наклоняющаяся . . . .
8.6. Электрическая солевая сплавочная печь............
8.7. Схемы индукционной канальной и тигельной печей
. i 8.8. Индукционная канальная электропечь..............
стр.
106
108
110
114
116
119
120
124
125
127
134
140
144
149
150
152
154
156
159
161
162
164
166
168.
169
171
172
173
174
177
179
Перечень рисунков 281
Рисунок стр.
8.9. Индукционная плавильная печь типа ИАК.-13 .г • . > 181
8.10. Индукционная единица печи ИАК-15/18 . . 182
8.11. Схематичное устройство печи ИАК-25К .... 184
8.12. Футеровка тигельной печи ..................... 186
8.13. Индукционная тигельная печь типа ИАТ-6М . . . 187
9.1. Зависимость равновесного содержания Н2 в алюминии
при 750 и 700 °C от парциального давления водяных
И паров в атмосфере и температуры атмосферы при от-
носительной влажности 100 и 50 % соответственно . 192
м 9.2. Растворимость водорода в алюминии при атмосфер-
ном давлении в зависимости от температуры ..............193
9.3. Схема фильтровальной установки.................. 194
9.4. Схема фильтрования через кусковый фильтр ... —
9.5. Схема непрерывной фильтрации расплава через кус-
сковый фильтр при литье слитков.......................195
9.6. Схема тонкой фильтрации через керамические
ц фильтры.......................................... 196
9.7. Схема установки для электрофлюсового рафинирова- 1.
4>' ния алюминиевых сплавов ......................... 198
9.8. Кинетика дегазации сплава АМгб при давлении
133,3 Па и температуре 700—730 °C при глубине ван-
; ны 800, 400 и 100 мм..................................201
9.9. Изменение поверхности контакта рафинирующего га- ’
за с расплавом в зависимости от диаметра пузырьков 203
9.10. Комбинированный фильтр ДУФИ-80....................210
9.11. Диаграмма состояния Al — Fe ............ . . 214
9.12. Квазибинарные разрезы Al3Mg2 — Al3Fe и
Al3Mg2 — Mg2Si ................................. 216
9.13. Вакуум-дистилляционная печь типа ИАКД . . . . 217
9.14. Схема электролизера для рафинирования алюминия . 218
9.15. Схема непрерывного литья с УЗО в жидкой ванне
слитка.................................................221
10.1. Форма и размеры чушек массой 15 и 600 кг . 223
10.2. Технологическая линия по производству чушек мас-
сой 15 кг .............................................224
10.3. Литейный конвейер .............................225
10.4. Схема полунепрерывного литья......................227
10.5. Кристаллизатор для полунепрерывного вертикального
литья цилиндрических слитков.......................... —
282
Перечень рисунков
Рисунок
стр.
10.6.
10.7.
10.8.
10.9.
10.10.
10.11.
11.1.
11.2.
11.3.
11.4.
11.5.
11.6.
14.1.
14.2.
15.1.
15.2.
г
Машина полунепрерывного литья с гидравлическим
приводом.........................................228
Установки различных фирм для совмещенных про-
цессов литья и прокатки..........................230
Установка для непрерывного получения алюминиевой
катанки..........................................232
Электромагнитный кристаллизатор с подачей воды
под острым и прямым углом к поверхности слитка . 234
Шахтная вертикальная печь............................237
Печь с выкатной подиной .............................238
Упрощенная технологическая схема первичной обра-
ботки лома и отходов алюминия и алюминиевых
сплавов..............................................242
Технологическая схема первичной обработки стружки
алюминия и алюминиевых сплавов ....................243
Технологические схемы подготовки к плавке шлаков
и фольги, скрапа и стружки......................... 244
Технологические схемы переплавки кусковых и мел-
ких отходов и лома алюминия.........................246
Технологическая схема разливки сплава в чушки, па-
кетирования, взвешивания и увязки пакетов фирмы
“Реметалл”...........................................247
Упрощенная технологическая схема производства •
вторичного алюминия................................. 249
Выделение вредных веществ при рафинировании •
алюминия продувкой газами ...........................266
Принципиальная схема переработки соляных шлаков 270
Камера дожигания газов от сушильных печей ... 273
Схема газоочистки отражательной печи.................274
*1-! М ‘/Л ,/
и Л . . • , , , , * - • ' ' < > ‘I." I * t и ’ •' < . ' ..
Щ н , у ' > 4 ' ЙС Н .1 0.
•Ж' .'1Г- - "'HOf,:' Oii •.'Hr. 1 ”W о, • T
’ \ ; 4 .'‘ыи. :: си
- ’ • ?» • I s ' - \ 1 - ' • <
. ' 'O •* U t
ПЕРЕЧЕНЬ ТАБЛИЦ
Н
N;t!j ГэМС
'.ИЩГ;
Таблица
,;Стр.
1.1. Наиболее распространенные термины и понятия . . ’ 7
1.2. Структура амортизационного лома по состоянию
на 1980 г. " 15
1.3. Механические свойства алюминия при комнатной ‘ ’
температуре 1 ‘ 18
2.1. Группа!. Сплавы системы Al — Si — Mg . 36
2.2. Группа II. Сплавы системы Al — Si — Си ' 38
2.3. Группа III. Сплавы системы А1 — Си 1. 40
2.4. Группа IV. Сплавы системы Al — Mg ' 42
2.5. Группа V. Сплавы системы А1 — прочие компоненты —
2.6. Группа I. Сплавы системы А1 — Мп ; 46
2.7. Группа II. Сплавы системы Al — Mg —
2.8. Группа III. Сплавы системы Al — Mg — Si 47
2.9. Группа IV. Сплавы системы Al — Си — Mg .... \ 48
2.10. Группа V. Сплавы системы Al — Zn 2.11. Состав сплавов, предназначенных для обработки дав- 49
лением —
2.12. Состав сплавов, предназначенных для подшихтовки 2.13. Алюминий для раскисления, производства ферроспла- 50
вов и алюмотермии . 52
2.14. Химический состав алюминиевых подшипниковых
сплавов 53
3.1. Технические характеристики грохотов 67
3.2. Характеристики электромагнитных сепараторов ’* . 70
3.3. Характеристики электромагнитных шкивов .... ; 71
4.1. Технические характеристики копровых установок 80
4.2. Технические характеристики аллигаторных ножниц 4.3. Технические характеристики гидравлических (гильотин- 83
ных) ножниц 86
4.4. Основные характеристики щековых дробилок 4.5. Технические характеристики дробилок ударного 89
действия 92
284
Перечень таблиц
Таблица Стр.
4.6. Технические характеристики измельчителей .... 92
4.7. Основные характеристики стружкодробильных
устройств ....................................... 95
4.8. Характеристики пакетировочных прессов............... 109
6.1. Основные характеристики атома алюминия .... 130
6.2. Потенциалы ионизации в атоме алюминия .... —
6.3. Состав и температура плавления солевых систем . 141
6.4. Взаимодействие алюминиевых сплавов с огнеупорами 145
7.1. Основные характеристики работы шахтных и отража-
тельных печей....................................... 163
8.1. Основные характеристики тигельных электропечей
сопротивления........................................, 168
8.2. Основные характеристики камерных электропечей ти-
па САК и САКМ.......................................... 170
8.3. Технические характеристики канальных печей для ,
плавки алюминия ............. 180
8.4. Технические характеристики ИТП, используемых для .
плавки алюминия...............................• Т 188
9.1. Состав флюсов для рафинирования алюминиевых ,,‘j
сплавов............................................ 200
10.1. Основные характеристики отрезных станков.........[ 4 239
10.2. Основные характеристики обточных станков —
12.1. Показатели отбора проб..............................252
12.2. Схема контроля технологических параметров сплавов 256
13.1. Потери металла от окисления стружки в зависимости
от способа хранения........................................» 260
13.2. Угар компонентов сплава при чистой и окисленной
шихте......................................................а 261
13.3. Угар компонентов сплава при плотной и некомпакт-
ной шихте............................................... 262
13.4. Фактический расход компонентов шихты на произ-
водство различных видов сплавов............................> 263
14.1. ПДК вредных веществ в воздухе рабочей зоны и иасе-,-
ленных пунктов .................................... . f 267
15.1. Химический состав пыли . . . . .................>• 272
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
/Н ч > I Й Л= s ф.1', , ti JifliK: .. ' :
'W‘ № '< I:, i, K.i'i fi- <.? 4 Г‘
ль -л '-v” - r-i. ;Mv < '“‘.С/йс- ' 1 * x г < i -<л
t,.'- . ’ >’ *' ' . *4 ’ » * ’ C' '
i' . n;.- ,-j ,K r-'fi - 4* - ' f I - •
, h 4 ’ >Н;Л-Ь H
1. Купряков Ю.П., Радзиховский B.A. Сбор и заготовка лома и отходов цвет-
ных металлов. — М.: Металлургия, 1988. — 158 с.
2. Технология вторичных цветных металлов / Под ред. И.Ф. Худякова. — М.:
Металлургия, 1981. — 277 с.
3. Вторичные материальные ресурсы цветной металлургии. Лом и отходы цвет-
ных металлов (образование и использование): Справочник. — М.: Эконо-
мика, 1984. — 151 с.
4. Ларионов Г.В. Вторичный алюминий. — М.: Металлургия, 1967. — 271 с.
5. Алюминий. Свойства и физическое металловедение: Справочник / Под ред.
Дж.Е. Хэтча. — М.: Металлургия, 1989. — 421 с.
6. КойбашВ.А., Резников А.А. Оборудование предприятий вторичной цветной
металлургии. — М.: Металлургия, 1976. — 231 с.
7. Шапиро С.А., Шапиро М.А. Аналитическая химия. — М.: Высш, шк., 1979. —
384 с.
8. Кадричев В.П., Минцис М.Я. Измерение и оптимизация параметров алю-
миниевых электролизеров. — Челябинск: Металл, 1995. — 135 с.
9. Таганов К.И. Спектральный анализ металлов и сплавов с предварительным
отбором пробы. — М.: Металлургия, 1968. — 188 с.
10. Основы металлургии. Т. VH: Технологическое оборудование предприятий
цветной металлургии. — М.: Металлургия, 1975. — 1008 с.
11. Кравченко Н.Д., Кармазин В.И. Магнитная сепарация отходов цветных ме-
таллов. — М.: Металлургия, 1986. — 120 с.
12. Rezac К.-Н. A system for processing aluminium dross in a reduced oxygen envi-
ronment // Conservation and Recycling. — 1987. — Vol. 10, N 4. — P. 345—352.
13. Плавка и литье алюминиевых сплавов/ М.Б. Альтман, А.Д. Андреев,
Г.А. Балахонцев и др.: Спр. изд. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Метал-
лургия, 1983. — 352 с.
14. Сасса В.С. Футеровка индукционных электропечей. — М.: Металлургия,
1989.- 233 с.
15. ШклярМ.С. Печи вторичной цветной металлургии. — М.: Металлургия,
1987. - 216 с.
16. Биргер Б.Л., Шлосман С.Н. Применение линейных МГД-устройств в литей-
ном производстве. — Рига: ЛатНИИНТИ, 1981. — 43 с.
17. Фишер А.Я. Техника производства вторичных алюминиевых сплавов за ру-
бежом. — М.: Цветметинформация, 1970. — 64 с.
18. Электротермическое оборудование: Справочник/ Под ред. А.П. Альтгаузе-
на. — М.: Энергия, 1980. — 416 с.
19. Фомин Н.И., Затуловский Л.М. Электрические печи и установки индукци-
онного нагрева. — М.: Металлургия, 1979. — 247 с.
286
Список литературы
20. Сорокин Н.А. Плавка алюминиевых сплавов в индукционных канальных пе-
чах. — М.: Металлургия, 1984. — 137 с.
21. Гохштейн М.Б., Морозов Я.И. Рафинирование первичного алюминия от
окисных включений и газов. — М.: Металлургия, 1979- — 77 с.
22. Ершов Г.С., Бычков Ю.Б. Высокопрочные алюминиевые сплавы на основе
вторичного сырья. — М.: Металлургия, 1979. — 192 с.
23. Курдюмов А.В., Инкин С.В., Чулков В.С., Шадрин Г.Г. Металлические при-
меси в алюминиевых сплавах. — М.: Металлургия, 1988. — 142 с.
24. Макаров Г.С. Рафинирование алюминиевых сплавов газами. — М.: Метал-
лургия, 1983. — 119 с.
25. Альтман М.Б., Стромская Н.П. Повышение свойств стандартных литейных
алюминиевых сплавов. — М.: Металлургия, 1984. — 129 с.
26. EmlejE.F. Cleansing and degassing of light metals// Metals Technology. —
London, March 1976. — P. 118—127.
27. ДубчакР.В. Совершенствование производства алюминия за рубежом // Цвет-
ная металлургия. — 1994. — № 10. — С. 28—33.
28. Цыганов А.С. Производство вторичных цветных металлов и сплавов. — М.:
Металлургиздат, 1961. — 301 с.
29. Троицкий И.А., Железнов В.А. Металлургия алюминия. — М.: Металлургия,
1977. - 392 с.
30. Ветюков М.М., Цыплаков А.М., Школьников С.Н. Электрометаллургия алю-
миния и магния. — М.: Металлургия, 1987. — 320 с.
31. Справочник металлурга по цветным металлам. Производство алюминия. —
М.: Металлургия, 1971. — 559 с.
32. Основы металлургии. Т. III: Легкие металлы. — М.: Металлургиздат, 1963. —
519с.
33. Бондарев Б.И., Напалков В.И., Тарарышкин В.И. Модифицирование алюми-
ниевых деформируемых сплавов. — М.: Металлургия, 1979. — 223 с.
34. Городничий Н.И. Литейное производство цветных металлов и сплавов. — М.:
Металлургия, 1989. — 103 с.
35. Черняк С.Н., Коваленко П.А., Симонов В.Н. Бесслитковая прокатка алюми-
ниевой ленты. — М.: Металлургия, 1976. — 111 с.
36. Таненбаум Л.И., Беляев А.С., Капустин М.И. и др. Механизация производ-
ства алюминия. — М.: Металлургия, 1982. — 136 с.
37. Коркунов А.И. Механизация производственных процессов на алюминиевых
заводах. — М.: Металлургия, 1984. — 113 с.
38. Радзиховский В.А. Машины и технология непрерывного литья во вторич-
ной цветной металлургии. — М.: Металлургия, 1979. — 48 с.
39. Семенов Г.А., Ефремов Н.Л., Баранов М.И. Организация заготовки и пере-
работки лома и отходов цветных металлов. — М.: Металлургия, 1981. — 360 с.
40. Снурников А.П. Комплексное использование сырья в цветной металлургии. —
М.: Металлургия, 1977. — 272 с.
41. Гордон Г.М., ПейсаховИ.Л. Пылеулавливание и очистка газов в цветной
металлургии. — М.: Металлургия, 1972. — 455 с.
42. Галевский Г.В., Кулагин Н.М., Минцис М.Я. Экология и утилизация отхо-
дов при производстве алюминия. — Новосибирск: Наука. Сиб. предприятие
РАН, 1996. - 146 с.
г';»' зОдаГК-ЛЯ '''
. RHiqyuiurafr'i ,»й .ее: s о .окно
Оглавление
h
j
1 i - i • ' Vf' 3 ’ х * -ч-л •,
>№«>«;••• *•-v- я : m
J-
Предисловие РАЗДЕЛ 1. СЫРЬЕ И ТОВАРНАЯ ПРОДУКЦИЯ ПРЕДПРИЯТИЙ ВТОРИЧНОГО 3
АЛЮМИНИЯ • • 5
Глава 1. Сырье для производства вторичного алюминия , -
1.1. Основные понятия и определения . . . ч . а<(. 6
1.2. Классификация и характеристика вторичного сырья .... 10
1.3. Источники образования вторичного сырья . . ......ч*.,. 13
1.4. Образование лома и отходов алюминия . 4 15
1.5. Использование лома и отходов алюминия . . , 17
Глава 2. Товарная продукция из вторичного алюминия 20
2.1. Основы теории алюминиевых сплавов —
2.2. Влияние легирующих элементов на свойства сплава .... 28
2.3. Литейные сплавы • 34
•'••Г- 2.4. Деформируемые сплавы 44
2.5. Другие виды алюминиевых сплавов 51
ГОДЕ Л II. ПЕРВИЧНАЯ ПЕРЕРАБОТКА ЛОМА И ОТХОДОВ АЛЮМИНИЯ . 54
Уа,а 3. Видовая сортировка лома и отходов алюминия -
3.1. Сортировка по внешним признакам 55
3.2. Сортировка по химическому составу 60
3.3. Сортировка по крупности ? . 62
3.4. Магнитная сепарация . 68
3.5. Сортировка алюминиевого лома в тяжелых средах , . . . . 75
Г#ава 4. Разделка лома и отходов алюминия . 80
4.1. Переработка крупногабаритного лома ... -
4.2. Дробление и измельчение • 86
4.3. Разделка лома и отходов кабельной продукции 96
4.4. Разделка шлаков и съемов 104
4.5. Пакетирование лома и отходов 109
Глава 5. Сушка и обезжиривание вторичного сырья 111
5.1. Способы сушки 112
5.2. Обезжиривание и сушка стружки 117
РАЗДЕЛ III. МЕТАЛЛУРГИЧЕСКАЯ ПЕРЕРАБОТКА ЛОМА И ОТХОДОВ АЛЮМИНИЯ 122
Глава 6. Основы плавки алюминия 123
6.1. Тепловые явления —
6.2. Поверхностные явления 128
6.3. Субсоединения алюминия 130
6.4. Окисление алюминия и его сплавов 132
6.5. Взаимодействие алюминия с другими газами 135
6.6. Роль флюсов при плавке алюминия 138
6.7. Извлечение металла при плавке лома и отходов 141
4
288
Оглавление
6.8. Взаимодействие расплава с футеровкой печи 144
Глава 7. Производство сплавов в топливных печах 7.1. Технология плавки и конструкция отражательных печей .... 7.2. Применение тигельных печей 7.3. Приготовление сплавов во вращающихся печах 146 157
7.4. Использование шахтных печей 160
7.5. Сплавочные печи 165
Глава 8. Производство сплавов в электрических печах 166
8.1. Электрические печи сопротивления 167
8.2. Производство сплавов в индукционных печах 175
Г л в в в 9. Рафинирование и модифицирование сплавов . . 7 188
. 9.1. Виды примесей и способы их удаления . . / . _.
9.2. Отстаивание и фильтрация расплава . . . ' ! 190
9.3. Флюсование и обработка постоянным током . .' >й.‘ ’ 198
9.4. Вакуумирование и обработка ультразвуком 201
9.5. Рафинирование сплавов продувкой газами 203
9.6. Установки для комбинированного рафинирования 208
9.7. Основные методы удаления металлических примесей .... 211
9.8. Модифицирование сплавов 219
Гл в в в 10. Разливка и обработка сплавов ? 222
10.1. Разливка сплавов в чушки —
10.2. Полунепрерывное литье чушек и слитков 226
10.3. Непрерывное литье слитков 229
10.4. Литье в электромагнитный кристаллизатор '. 233
10.5. Гомогенизация слитков 235
10.6. Механическая обработка слитков 238
Глава 11. Технологические схемы переработки лома и отходов 240
11.1. Схемы первичной переработки 241
11.2. Схемы металлургической переработки 245
11.3. Технологические схемы 248
Глава 12. Технический контроль производства 250
12.1. Методы проверки лома и отходов . 251
12.2. Пиротехнический и радиационный контроль ; . 254
12.3. Контроль параметров производства сплавов 255
Глвва 13. Основы экономики 258
13.1. Потери при хранении и первичной переработке сырья . ,. 259
13.2. Потери при плавке и рафинировании сплавов 261
13.3. Нормы расхода сырья на производство сплавов 263
РАЗДЕЛ IV. ЭКОЛОГИЯ, УТИЛИЗАЦИЯ ОТХОДОВ И ОХРАНА ТРУДА . . . 265
Глава 14. Образование и использование отходов производства —
14.1. Отходы и выбросы при производстве сплавов 266
14.2. Основные способы переработки отвальных шлаков .... 268
Глава 15. Основы экологии и охрана труда 271
15.1. Пылеулавливание и газоочистка 272
15.2. Очистка сточных вод и оборотное водоснабжение 275
15.3. Охрана труда и техника безопасности 276
Перечень рисунков . 279
Перечень таблиц 283
Список литературы . . • 285
Учебное пособие для вузов
Галевский Геннадий Владиславович
Кулагин Николай Михайлович
Минцис Моисей Яковлевич
МЕТАЛЛУРГИЯ
ВТОРИЧНОГО
АЛЮМИНИЯ
Редактор Л.П. Голышева
Художественный редактор Л.В. Матвеева
Технический редактор Н.М. Остроумова
Корректоры С.М. Посудина, Л.А. Щербакова
Оператор электронной верстки С.К. Рыжкович
Изд. лиц. № ОЗОО1В от 19.12.97. Сдано в набор
23.10.97. Подписано в печать 25.03.9В. Бумага
офсетная. Формат 60 х 90 '/i9. Офсетная печать.
Гарнитура Таймс. Усл. печ. л. 1В,0.
Уч.-изд.л. 15,0. Тираж 200 экз. Заказ № 215
Сибирское издательско-полиграфическое и
книготорговое предприятие "Наука" РАН.
630077, Новосибирск, ул. Станиславского, 25.
Редакционная подготовка и изготовление
оригинал-макета: 630099, Новосибирск,
ул. Советская, 1 в.