Анализ эффективности применения рафинирующих флюсов для получения вторичных алюминиевых сплавов в ванных печах, оснащённых системами пылегазоочистки

УДК 669.714.12

Анализ эффективности применения рафинирующих флюсов для получения вторичных алюминиевых сплавов в ванных печах, оснащённых системами пылегазоочистки

Трусов В.А., Вершинин Н.Н., Трусов В.В., Селиванов Е.П., Макаров В.В.

В статье проведён анализ эффективности применения рафинирующих флюсов отечественного и зарубежного производства для получения вторичных алюминиевых сплавов в ванных печах на предприятиях ООО «Ресурсы Поволжья», ООО «Эком», ООО «Промышленное литьё» город Пенза, а также ООО «УЗТС-Станколит» город Ульяновск. Описаны исследовательские работы по плавке, проводимые в двух газовых плавильных ванных печах отражательного типа емкостью 3 тонны и в двух газовых ванных печах отражательного типа ёмкостью 6 тонн в течение трёх месяцев марка сплавов АК9ч, АК7 ГОСТ 1583-93. Приведён анализ качества выплавленных в печах сплавов, дан расход флюсов на тонну жидкого алюминиевого сплава, раскрыта технология рафинирования алюминиевого сплава в ванных печах отражательного типа. Приведены требования, которым должны удовлетворять применяемые для переплава алюминиевых ломов флюсы. Описана разработанная авторами конструкция установки очистки вредных выбросов (пылегазоочистки), которая производит очистку дымовых газов от вредных веществ и пыли. Даны основные технические характеристики установки пылегазоочистки, которыми оснащены

плавильные ванные печи.

The article analyzes the efficiency of refining fluxes domestic and foreign production facility for aluminum alloys in the tank furnaces at enterprises “Volga Resources” Ltd., “ECOM” Ltd., “Industrial casting "Ltd., the city of Penza, and “UZTS Stankolit"Ltd., city Ulyanovsk. Describes the research work on the melting carried out in two gas melting tank furnaces reflective type capacity of 3 tons and two gas tank furnaces reflective type capacity of 6 tons for the three months mark alloys AK9ch, AK7 GOST 1583-93. An analysis of the quality melted in furnaces alloys, fluxes, data flow per tonne of liquid aluminum alloy, disclosed technology for refining aluminum alloy in the reflective-type tank furnaces. Are the requirements to be met used for melting aluminum scrap fluxes. We describe the design developed by the authors cleaning plant emissions (dust cleaning), which produces flue gas pollutants and dust. Give the basic technical characteristics dust cleaning, which are equipped with melting tank furnaces.

Ключевые слова: флюс, рафинирование, печь, сплав АК9ч, сплав АК7, шлак, производительность, качество, расход, температура, газы, очистка, дымовые газы, установка, угар, фильтр, адсорбент.

1

Key words: flux, refining, furnace, alloy AK9ch, alloy AK7, slag, performance, quality, flow, temperature, gases, cleaning, fumes, installation, waste, filter, adsorbent.

Одним из направлений повышения рентабельности производства вторичных алюминиевых сплавов является выпуск высокомарочных сплавов по мировым стандартам. В условиях значительного повышения цен на амортизационный лом и всё возрастающих цен на энергоносители - это единственный способ удержаться на мировом рынке металлов. По прогнозам доля вторичного алюминия в общем потреблении в мире к 2030 году может возрасти до 22-24 млн.тонн в год [1]. Для получения качественных вторичных алюминиевых сплавов используют эффективные отечественные и зарубежные рафинирующие флюсы. Алюминий и его сплавы в

расплавленном состоянии склонны к нежелательному образованию шлака и оксида алюминия. Поэтому необходимо использование препаратов, обеспечивающих очистку расплава, защиту его поверхности от окисления и удаления шлака.

На предприятиях ООО «Ресурсы Поволжья», ООО «Эком», ООО «Промышленное литьё» город Пенза, а также ООО «УЗТС-Станколит» город Ульяновск были проведены работы для анализа влияния различных рафинирующих средств на качество сплава. В частности, использовались препараты ARSAL 2120 (Германия), Refined flux (Китай), «Экораф 3», флюс «Рабиновича», «Фурм-А1», «ФМС-2», «ФМC-3», «ФМС-5», «RJ-1»

Экспериментальные плавки проводились в двух газовых плавильных ванных печах отражательного типа емкостью 3 тонны и в двух газовых ванных печах отражательного типа ёмкостью 6 тонн в течение трёх месяцев марка сплава АК9ч ГОСТ 1583-93 [2]. Во всех печах установлены запатентованные газовые инжекционные горелки [3]и устройства для подъёма и опускания заслонки печи [4]. Алюминиевый сплав АК9ч ГОСТ1583-93 относится к сплавам I группы (сплавы на основе системы алюминий-кремний - магний).

Контроль качества литья при использовании различных рафинирующих препаратов осуществлялся при помощи изготовления макрошлифов, которые показали, что и ARSAL, и Refined flux позволяют получить одинаково качественные сплавы.

Применение в комплексе с Refined flux препарата Dregs remover flux (антишлак) способствует разделению жидкого алюминия и шлаков, которые превращаются в сухой порошок. Таким образом, снижается уровень содержания алюминия в шлаках и тем самым экономится металл.

Нормы расхода (по массе) в зависимости от условий использования составляют: - ARSAL 2120 0,05 - 0,25 % - Refined flux 0,1 - 0,2 % - Dregs remover flux 0,1 - 0,3 %. Все вышеуказанные препараты обладают минимальным запахом и дымовыделением. Исследовательские работы проводились при температурах расплава 750-770°С. Следует отметить, что расход флюса близок к минимальному, если загружаем чистую шихту, в

2

случае использования для плавки сильно загрязнённой шихты, расход максимальный или же на 10-20% выше указанного максимального.

Вторым этапом исследовательских работ была проверка эффективности применения рафинирующих флюсов RJ-1 и фрам. 02 для получения сплава АК 7 ГОСТ 1583-93 в ванных печах отражательного типа. Экспериментальные плавки проводились при температуре 740-760°С в одной газовой плавильной ванной печи отражательного типа емкостью 5 тонн в течение четырёх месяцев на ООО «Промышленное литьё» г. Пенза. Алюминиевый сплав АК 7 ГОСТ 1583-93 относится к сплавам I группы. Для экспериментов использовался алюминиевый лом класса А, групп 1,2,5,6 сорт 1 ГОСТ 1639-93 и рафинирующий флюс RJ-1, который применяется для рафинирования алюминиевых сплавов. Рафинирующий флюс RJ-1 имеет форму кристаллического порошка, который наносится путем распыления. Флюс имеет большую смачиваемость с расплавом алюминия, полностью и быстро растворяется, дегазирует и удаляет шлак. Распылитель, в который помещается порошок рафинирующего флюса, вводится в жидкий алюминий вместе с азотом. Важно как можно быстрее сделать так, чтобы выходное отверстие трубки располагалось близко к подине печи и перемещать вентиляционную трубку влево-вправо, чтобы убедиться, что рафинирующий флюс и жидкий алюминий хорошо перемешались. Очень важно, чтобы газообразные пузыри полностью перемешивались с жидким алюминием в процессе их прохождения к поверхности и выносили на поверхность жидкого алюминия газ и другие шлаковые включения. Результат - хорошее перемешивание и удаление газов и неметаллических включений из металла. Средний расход флюса составил 0,14% от веса жидкого алюминиевого сплава. Для экспериментов с флюсом фрам.02 применялся тот же алюминиевый лом. Предварительно просушенный бой таблеток (на подоконнике плавильной печи) бросали на поверхность жидкого металла и плавно погружали флюс на подину печи приспособлением, которое обеспечивало удержание боя таблеток на дне печи до их расплавления. Приспособление представляет собой стальной или титановый лист произвольной формы с просверленными в нём многочисленными крупными отверстиями (0 10-15 мм). Перпендикулярно к листу приваривается ручка в виде прутка. После окончания барботажа жидкого металла авторы дожидались полного расплавления флюса и появления на поверхности расплава шлака и кусков не полностью обработанного флюса. Вынимая и вновь погружая приспособление, авторы замешивали всплывший шлак с поверхности в глубину расплава до появления в шлаке красного свечения (признака интенсивного протекания экзотермической реакции). Затем осторожно очищали счищалкой (шумовкой) внутреннюю поверхность ванны печи от шлака и ещё раз замешивали шлак в расплав. После выдержки в течение 3-5 минут производили разливку металла. Средний расход флюса составил 0,54% от веса жидкого алюминиевого сплава. Изготовленные макрошлифы при исследовании показали, что рафинирующий флюс RJ-1 даёт хуже качество металла, чем рафинирующий флюс фрам.02, однако,

3

затраты на материал и процесс рафинирования флюсом RJ-1 на 16% ниже. Далее проводились эксперименты по применению флюсов, удаляющих повышеный Mg. Выплавлялся сплав АК5М2 ГОСТ 1583-93 из шихты содержащей повышенное количество магния (лом с большим количеством труб). Расход флюса зависит от условий плавки. По результатам 10 плавок в 5 тонной газовой плавильной ванной печи отражательного типа, установленной в ООО «Эком», установлено, что расход флюса «Рабиновича» составил в среднем 10,2% от массы шихты. Угар и безвозвратные потери при плавках были в пределах 10-10,2%. Исследования проводились и с флюсом, который разработали авторы. Основу флюса составляет криолит с добавками солей натрия и калия. Разработанный флюс защищает металл от окисления и растворяет оксид алюминия, имеющийся на алюминии, способствуя плавлению лома и отходов в однородный состав. Исследования показали, что применяемые для переплава алюминиевых ломов флюсы должны удовлетворять следующим требованиям:

- температура плавления должна быть ниже температуры плавления алюминия (659°С);

- плотность должна быть ниже плотности жидкого алюминия (2,3 г/см3) не менее чем на 10%;

- флюс должен хорошо поглощать (растворять) оксид алюминия, очищая от него металл;

- межфазная энергия флюса на границе с алюминием должна быть достаточно большой, чтобы предотвратить запутывание капель металла во флюсе.

Всем этим требованиям отвечает разработанный авторами флюс.

Компоненты флюса измельчались до фракции 0,5-0,7 мм. Далее компоненты взвешивались и тщательно перемешивались до получения однородной смеси. Для уменьшения содержания водорода в переплавляемом металле перед загрузкой в печь флюс прокаливался при температуре 200-250°С. Угар и безвозвратные потери при плавках были в пределах 10-10,3%. Расход флюса составил в среднем 8 кг. на 1 кг. магния. Существенно отметить, что эффективность применения разработанного авторами флюса и флюса к.т.н. Рабиновича (г. Владимир) одинакова, цена 1 тонны флюса также одинакова. При плавке алюминиевых ломов с использованием флюсов выделяется большое количество вредных газов. Авторы решили эту проблему следующим образом. Ими была разработана конструкция установки очистки вредных выбросов (пылегазоочистки), которая производит очистку дымовых газов от вредных веществ и пыли. Пылегазоочистка, изображённая на рис.1 представляет собой сборный стальной цилиндрической формы корпус 1, в нижней части которого имеется поворотная загрузочная решётка 2 с отверстиями. Выше загрузочной решётки 2 расположен загрузочный патрубок 3. В верхней части цилиндрического корпуса 1 размещены вращающиеся рукавные фильтры, которые улавливают пылевидные частицы из дымовых газов. Вверху

4

установки размещён привод вращения рукавных фильтров, состоящий из электродвигателя 4, червячного редуктора 5 и специальной тарелки 6.

В верхней части корпуса 1 на кронштейне 7 размещена воздуходувка 8 с электродвигателем, обслуживающая площадка 9 опирается на четыре опоры 10 и имеет слева лестницу 11. Отработанный адсорбент и пыль собираются в конусной части 12 корпуса. Очищаемые газы из печи подаются в установку пылегазоочистки через патрубок 13. До патрубка 13 установлен дымосос ДН-9у. Принцип работы установки пылегазоочистки заключается в следующем: из плавильной печи дымовые газы нагнетаются дымососом ДН-9у в патрубок 13 и под давлением проходят слой адсорбента, при этом образуется «кипящий слой», в результате чего вредные вещества, находящиеся в дымовых газах, адсорбируются гашёной известью и активированным углём. После очистки дымовых газов от вредных веществ они очищаются от пыли во вращающихся рукавных фильтрах, находящихся в верхней части цилиндрического корпуса 1. Очищенные газы воздуходувкой 8 нагнетаются в дымовую трубу и удаляются в атмосферу. Отработанный адсорбент выгружается через нижнюю горловину 14 корпуса в металлическую ёмкость и увозится в отвал. Основные технические характеристики установки пылегазоочистки:

- производительность по очищаемому газу 4400 м3/час;

- площадь поверхности фильтрования 8,2 м2;

- количество рукавных фильтров 8 шт;

- толщина слоя адсорбента 0,3 м;

- гидравлическое сопротивление участка ВС до 5кПа;

- степень очистки по фтористому водороду 60%;

- степень очистки по окиси меди 82%;

- степень очистки по окиси углерода 85%;

- степень очистки по окиси азота 83%;

- степень очистки по окиси алюминия 80%;

- степень очистки по пыли 90%;

- температура очищаемого газа от 20 до 100°С;

-температура наружной поверхности аппарата

от 45 до 55°С;

- уровень звука не более 85 ДБА;

- энергетические затраты на очистку 8 кВт/ч.

Дымовые газы выходят из печи, имея температуру 950-1100°С и, если их сразу подать в установку пылегазоочистки, то матерчатые фильтры сгорят, кроме того конструкция пылегазоочистки быстро выйдет из строя при такой высокой температуре, так как корпус и основные детали установки изготавливаются из конструкционной стали обыкновенного качества (групп А, Б, В). Чтобы снизить температуру дымовых газов до 180-210°С, необходимо установить камеру смешения, в которой происходит смешение дымовых газов с воздухом цеха. Для нагнетания дымовых газов в пылегазоочистку используется дымосос ДН-9у, который имеет рабочую температуру до 250°С.

5

Выводы:

1. Выплавка алюминиевого сплава АК9ч ГОСТ 1583-93 с использованием рафинирующих препаратов ARSAL, и Refined flux позволила получить одинаково качественные сплавы. Применение в комплексе с Refined flux препарата Dregs remover flux (антишлак) способствовало разделению жидкого алюминия и шлаков, которые превращались в сухой порошок. Таким образом, снижался уровень содержания алюминия в шлаках и тем самым экономился металл.

2. Выплавка алюминиевого сплава АК 7 ГОСТ 1583-93 из алюминиевого

лома класса А групп 1,2,5,6 сорт 1 ГОСТ 1639-93 производилась с использованием флюса RJ-1. Результат - хорошее удаление газов и неметалличес -ких включений из металла. Средний расход флюса составил 0,14% от веса жидкого алюминиевого сплава. Изготовленные макрошлифы при

исследовании показали, что рафинирующий флюс RJ-1 даёт хуже качество металла, чем рафинирующий флюс фрам.02, однако, затраты на материал и процесс рафинирования флюсом RJ-1 на 16% ниже. Средний расход флюса фрам.0.2 составил 0,54% от веса жидкого алюминиевого сплава.

3. Эффективность применения разработанного авторами флюса и флюса

k. т.н. Рабиновича (г. Владимир) одинакова, цена 1 тонны флюса также одинакова.

4. Плавку алюминиевого лома в плавильных печах отражательного типа следует производить с системой пылегазоочистки.

Список литературы.

l. В. Фёдоров. Вторичный алюминий важное сырьё XXI века! Журнал Вторичные ресурсы № 4-5, с.58-59.

2. Трусов В.А.Патент на изобретение №2361162 «Отражательная печь для переплава металла». Опубл. 10.07.2009 Бюл. №19.

3. Трусов В.А. Патент на изобретение №2365816 «Горелка». Опубл. 27.08.2009.Бюл. №24.

4. Трусов В.А.Патент на изобретение №2324881 «Устройство для подъёма и опускания заслонки печи». Опубл. 20.05.2008.Бюл. №14. 6

6

Рис.1 Установка пылегазоочистки.

7

8