СПОСОБ РАФИНИРОВАНИЯ АЛЮМИНИЯ И АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ
METHOD OF REFINING ALUMINIUM AND ALUMINIUM ALLOYS

Изобретение относится к области цветной металлургии и предназначено для рафинирования алюминия и его сплавов от наиболее вредных примесей, в частности неметаллических включений, водорода, растворенных примесей щелочных и щелочно-земельных металлов.
Известен способ рафинирования сплавов на основе алюминия, включающий подачу расплава металла в емкость с расплавом флюса, перемешивание расплавов металла и флюса с одновременной продувкой инертным газом и последующим отделением металла от флюса, где расплав флюса перед подачей в него расплава металла продувают инертным газом. Происходит более полная проработка массы металла за счет дробления флюсовой ванны на отдельные капли и флюсогазовые пузыри (авторское свидетельство СССР №1118703, кл. С22В 9/10, 1984).
Однако такой способ обработки существенно снижает производительность процесса рафинирования и, кроме того, степень рафинирования недостаточно высока, так как не весь расплав флюса переходит во флюсогазовые пузыри, обеспечивающие большую площадь контакта металл - рафинирующий реагент. Велик расход флюса, что повышает себестоимость процесса.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ рафинирования алюминия и его сплавов, включающий загрузку флюса на поверхность расплавленного металла, находящегося в емкости. Флюс содержит фториды и/или хлориды алюминия щелочных металлов. Затем осуществляют механическое перемешивание расплава в течение определенного времени, необходимого для снижения концентрации примесей до заданного уровня, и отделение расплавленного металла от продуктов взаимодействия примесей с флюсом. При этом перемешивание ведут с числом оборотов, равным от 1,0 до 1,2 от определяющего числа оборотов мешалки, а центр рабочей части мешалки располагают от нижней границы расплава на расстоянии, равном 0,1-0,2 высоты расплава (авторское свидетельство СССР №1688595, кл. С22В 21/06, 9/10, 1997).
Способу присущи следующие недостатки:
- при перемешивании с числом оборотов, равным от 1,0 до 1,2 от определяющего числа оборотов мешалки (в примере указано от 380 до 600 об/мин), образуется большая воронка, т.е. увеличивается площадь контакта с атмосферой с образованием окислов алюминия. Соответственно для получения положительного результата рафинирования расплава необходимо вводить большое количество флюса;
- способ не позволяет достигнуть требуемой степени очистки алюминия и его сплавов от галогенидов щелочных металлов, для достижения которой необходим увеличенный расход флюса;
- в способе не учитывается форма и размеры емкости, используемой для рафинирования, и время введения флюса для максимального снижения количества галогенидов алюминия и щелочных металлов в алюминии и его сплавах.
Задача изобретения состоит в повышении производительности процесса за счет использования одного и того же перемешивающего устройства для емкостей различных типоразмеров, при этом общий расход флюса на тонну и общее время обработки не увеличивается.
Технический результат заключается в снижении простоя оборудования, уменьшении затрат и универсальности применяемого оборудования. Загрузка флюса в расплав алюминия, производимая в несколько приемов, позволяет всему количеству флюса прореагировать с вредными примесями и исключает потери флюса.
Поставленная задача достигается тем, что в способе рафинирования алюминия и его сплавов, включающем обработку расплава металла флюсом, содержащим галогениды алюминия и щелочных металлов, при перемешивании перемешивающим устройством в транспортном ковше с образованием центральной вихревой воронки, разделение расплава металла и шлака, согласно заявляемому изобретению, перед перемешиванием удаляют шлак с поверхности расплава металла, а перемешивание осуществляют при уровне расплава металла от 200 до 400 мм от верхней кромки транспортного ковша; при этом обработку расплава металла флюсом производят при достижении глубины центральной вихревой воронки не менее 20 см, а флюс подают в несколько приемов с перерывами между подачами не менее 5 минут и с уменьшением количества флюса на не более 1/3 от первоначально подаваемого количества флюса во все последующие приемы.
Способ уточняет частный отличительный признак, направленный также на решение поставленной задачи.
При перемешивании в транспортном ковше емкостью три тонны подачу флюса производят в два приема, а при перемешивании в транспортном ковше емкостью пять тонн - в три приема.
Введение флюса порциями в течение всего периода перемешивания расплава металла, а не одной порцией в начальный период рафинирования позволит избежать потерь флюса за счет полного взаимодействия флюса с примесями.
Перемешивание при уровне расплава металла от 200 до 400 мм от верхней кромки транспортного ковша позволяет достигнуть необходимой глубины центральной вихревой воронки не менее 20 см.
Уменьшение количества флюса на не более 1/3 от первоначально подаваемого количества флюса во все последующие приемы обусловлено тем, что основная часть примесей реагирует с флюсом в начале перемешивания.
Пример 1. Рафинированию подвергался алюминий высокой чистоты, получаемый в корпусах электролиза АВЧ. Рафинирование проводили в транспортном ковше емкостью 5 т. Перед установкой съемного перемешивающего устройства снимают шлак с поверхности расплава металла графитовой шумовкой. После пуска установки съемного перемешивающего устройства на поверхности расплава металла образуется воронка глубиной 20 см. Флюс состоит из алюминия фтористого и криолита. Криолитовое отношение во флюсе может изменяться в пределах 0,7-0,2. Загрузка флюса производилась в три приема: после достижения необходимой глубины центральной вихревой воронки загрузили первую порцию в количестве одного мерного черпака - 4,5 кг, через 5 минут загрузили вторую порцию в количестве 2/3 мерного черпака - 3,2 кг, через 5 минут загрузили третью порцию в количестве 3,2 кг. Рафинирование продолжалось 20 минут. Измерение скорости вращения ротора перемешивающего устройства выполняют через 2, 14 минут после начала обработки расплава металла флюсом. Скорость вращения соответственно составила 330 и 365 об/мин, среднее значение 347,5 об/мин. Расход флюса составил 2,6 кг/т. Использовался флюс, приготовленный из криолита и фторида алюминия в соотношении 0,7. Полученные результаты приведены в таблице 1.
Таблица 1
Содержание примесей
Si
Fe
Cu
Mg
Ti
Mn
Cr
Zn
V
По предлагаемому способу
4,15
3,32
8,26
27,74
0,14
0,15
0,07
1,97
0,14
По прототипу
5,69
3,98
8,8
4,06
0,2
0,28
0,07
2,29
0,16
Пример 2. Рафинированию подвергался алюминий высокой чистоты, получаемый в корпусах электролиза АВЧ. Рафинирование проводили в транспортном ковше емкостью 3 т. После пуска установки съемного перемешивающего устройства на поверхности расплава металла образовалась воронка глубиной 20 см. Загрузка флюса производилась в два приема: после достижения необходимой глубины центральной вихревой воронки загрузили первую порцию в количестве 3 кг, через 5 минут загрузили вторую порцию в количестве 2 кг. Рафинирование продолжалось 15 минут. Измерение скорости вращения ротора перемешивающего устройства выполнено через 2, 14 минут после начала флюсования и соответственно составило 335 и 350 об/мин, среднее значение 342,5 об/мин. Расход флюса составил 2 кг/т. Использовался флюс, приготовленный из криолита и фторида алюминия в соотношении 0,7. Полученные результаты приведены в таблице 2.
Таблица 2
Содержание примесей
Si
Fe
Cu
Mg
Ti
Mn
Cr
Zn
V
По предлагаемому способу
8,15
12,49
40,36
36,95
0,92
0,14
0,11
2,01
0,89
По прототипу
11,17
12,02
40,72
5,65
0,94
0,3
0,1
2,43
1,08
Приведенные данные позволяют сделать заключение, что содержание примесей в расплаве металла, обработанном по предлагаемому способу, остается примерно на одинаковом уровне по сравнению с прототипом, а увеличение содержания отдельных элементов вызвано процессами диффузии при длительных сроках службы электролизеров, с которых сливался металл.