автореферат диссертации по металлургии, 05.16.03, диссертация на тему:Исследование и разработка эффективной технологии производства вторичных алюминиевых сплавов с использованием дисперсных видов сырья

ВВЕДЕНИЕ 4

1. Литературный обзор 10

1.1. Анализ современных способов производства вторичных алюминиевых сплавов с использованием дисперсных отходов. Теория и практика флюсовой обработки при переплаве этого вида отходов 10

4. Результаты исследования кинетики удаления при использовании известных рафинирующих флюсов [1 - КазА1Р6, 2 - А1Р3, 3 -Ыа^б и 4 - (90%СаСОз.М§СОз+10%№зА1Рб)] для обработки сплава АК5М2, приготовленного с применением кусковых и дисперсных отходов, показали, что лучший рафинирующий эффект, обеспечивается флюсом 2. Выявлено, что фактический удельный расход флюсов в 1,5-2,0 раза выше стехиометрического. Установлено оптимальное содержание отсевов в смеси стружка+отсевы в зависимости от содержания этой смеси в составе шихты. На основании опытных данных рассчитаны константы скоростей и энергия активации реакций удаления М§ при обработке флюсом сплава АК5М2, приготовленного с использованием кусковых и дисперсных отходов. Установлено, что процесс рафинирования от магния протекает в кинетическом режиме. Экспериментально показано, что ни один из указанных флюсов не обеспечивает достижения необходимой глубины очистки расплава от примесей Н2 и А120з.

5. Установлено, что при применении предложенного состава плава ПХМ [основа: СиС12 >30% и (ЫаС1:КС1 = 1:1)=60%], количество переходящего Бе в алюминиевый расплав незначительно, так как в плаве его содержание не превышает 1%. На основании расчета энергии Гиббса реакций удаления Мя флюсами показано, что при использовании известных плавов хлоридов, содержащих сравнительно большое количество Бе (до 15%), вероятность перехода Бе в расплав в учитываемых количествах очень велика. Показано также, что ПХМ можно рассматривать как альтернативу АБРз, т.к. наряду с удалением магния при использовании ПХМ происходит переход Си в расплав, что способствует как повышению МВ, так и снижению расхода Си как легирующего компонента у сплава АК5М2 и других медьсодержащих сплавов; наряду с Мя, имеется возможность эффективного удаления Н2 и А120з из-за образования в расплаве А1С1зг; предложенный сплав более чем в 2 раза дешевле А1Р3.

6. Сравнительный анализ результатов экспериментальных исследований по оценке эффективности применения известной и разработанной технологий, основанных на использовании соответственно АШз и ПХМ позволил определить, что при использовании ПХМ достигаются более высокие значения величины МВ для всех видов применяемых в шихте отходов. Величина МВ даже в случае добавления в шихту до 30% дисперсных отходов достаточно приемлема. Установлено оптимально допустимое количество отсевов, которое можно вводить в смесь стружка+отсевы. Показано также, что по разработанной технологии образуется меньшее количество шлаков с более низким содержанием в них металлической фазы по сравнению с известной.

142

7. Исследована кинетика удаления М^, Н2 и А120з при рафинировании сплава АК5М2 предложенным флюсом ПХМ. На основании опытных данных по изучению зависимости [Стё]=Г(т) определены константы скоростей и энергия активации соответствующих реакций. Показано, что и в случае обработки расплава флюсом ПХМ процесс удаления М§ протекает в кинетическом режиме. Скорость удаления Mg, Н2 и А120з заметно выше при применении ПХМ, чем это имеет место при использовании А1Р3. Выявлено, что лишь при обработке алюминиевого расплава ПХМ достигаемое содержание Н2 и А120з отвечает техническим условиям. Следствием более низкого содержания этих примесей в сплаве АК5М2 после его обработки ПХМ является снижение уровня газовой пористости в готовом сплаве и повышение его механических свойств.

8. Разработана, испытана и внедрена в промышленное производство эффективная технология приготовления вторичных алюминиевых литейных сплавов. Результаты промышленных испытаний в целом подтвердили выводы, сделанные на основании лабораторных исследований, с точки зрения достижения поставленных в работе целей: по величине металлургического выхода металла и уровню комплексной очистки расплава от примесей Mg, Н2 и А120з при введении в состав шихты до 30% дисперсных отходов. Новизна разработанного технологического процесса подтверждена двумя патентами РФ.

1. Бондарев Б.И., Гогин В.Б., Ходаков П.Е. Переработка ломов и отходов алюминиевых деформируемых сплавов. Бюлл. ВИЛС. Технология легких сплавов, № 7-8, 1993, С.69-89.

2. Курдюмов A.B., Инкин С.В., Чулков B.C., Графас Н.И. Флюсовая обработка и фильтрование алюминиевых расплавов. М., Металлургия, 1980, 196 с.

3. Марта Маака. Производство алюминиевых сплавов из вторичного сырья. Цветные металлы, № 6, 1987, С.73-77.

4. Попов В.А. К оценке направлений использования лома и отходов при производстве алюминиевых сплавов. Цветные металлы, № 6, 1987, С.64-65.

5. Андреев Ю.В. Оптимизация плавки вторичного алюминиевого сырья. Цветные металлы, № 7, 1986, С.76-79.

6. Апанасенко A.M., Резняков A.A., Кольцова В .Я., Давыдов В.Г., Петрашкевич В.Е. Повышение извлечения металла при плавке алюминиевой стружки в индукционных тигельных печах. Цветные металлы, № 4, 1983, С.79-81.

7. Авдентов JI.C., Потанин C.JI. Применение переплава стружки силумина при литье поршней. Литейное производство, № 9, 1985, С.13-14.

8. Корякин Г.И., Кимстач Г.М., Грешнницев Б.А. Разработка и применение на Заволжском моторном заводе технологии переплава алюминиевой стружки. Литейное производство, № 12, 1986, С.13-15.

9. Мажин А.Г., Емлин Б.И., Попов В.А., Килессо С.Н. и др. Совершенствование плавки лома и отходов алюминиевых сплавов в электропечах. Цветные металлы, № 8, 1986, С.74-77.

10. Кимстач Г.М. Приготовление вторичных алюминиевых сплавов из стружки на машиностроительных заводах. Литейное производство, № 1, 1981, С.14-15.

11. Цыганов В.А. Плавка цветных металлов в индукционных печах. М., Металлургия, 1974, 248 с.

12. Ершов Г.С., Бычков Ю.Б. Высокопрочные алюминиевые сплавы на основе вторичного сырья. М., Металлургия, 1979, 192 с.

13. Худяков Н.Ф., Дороткевич А.П., Кляйм С.А. и др. Технология вторичных цветных металлов. М., Металлургия, 1981, 280 с.

14. Галушко A.M., Стриженков М.И., Мушиц В.А., Иванов И.С. Использование в шихте стружки собственного производства алюминиевых сплавов. Литейное производство, № 9, 1984, С. 17-18.

15. Беленький Д.М., Борисов Г.П., Вернидуб А.Г., Кучинский С.А. Обработка алюминиевых сплавов добавкой стружки в шихту. Литейное производство, № 1, 1990, С.11-13.

16. Гаврилин И.В., Шаршин В.М., Тихонов Н.П. Дождевой переплав алюминиевой стружки в слое жидкого флюса. Литейное производство, № 5, 1995, С.24-26.

17. Абросимов A.C., Артемьев Н.И., Кольцова В.Я. Эффективность отсеивания мелкой фракции алюминиевой стружки. Цветные металлы, № 10, 1986, С.75-78.

18. Quatumer R., Song В. Recycling of aluminium alloy 7075 chips using leat deformation. Matériaux et Techniques, 1986, v.47, N 5-6, s.147, 269-278/

19. Ткаченко В.И., Астахова А.Г. Совершенствование процессов гатья и обработки алюминия и производства кремния. Сб.науч. трудов ЗАМИ, 1985, С.49-52.

20. Злотин Л.Б., Зенцов А.И. Повышение эффективности переработки угходов алюминиевой фольги. Цветные металлы, № 11, 1991, С.52-54.

21. Ларионов Г.В. Вторичный алюминий.М.,Металлургия,1967, с.272

22. Постников М.С., Мельников A.B., Лебедев В.М. Плавка алюминиевых сплавов. М., Металлургия, 1971, 152 с.

23. Альтман М.Б., Андреев А.Д., Балахонцев Г.а. и др. В кн.: Плавка и литье алюминиевых сплавов. Справочное руководство (2-е изд. перераб. и дополн.). Под редакц. Добаткина В.И. М., Металлургия, 1983, 352 с.

24. Альтман М.Б., Лебедев A.A., Чухров М.В. Плавка и литье легких сплавов. М., Металлургия, 1969, 680 с.

25. Графас Н.И., Беляев А.И. Некоторые свойства расплавленных солевых флюсов и их роль при плавке и рафинировании алюминия. Изв. ВУЗов. Цветная металлургия, 1959, № 4, С.43-45.

26. Рыков С.Ф. Свойства стружки алюминиевых сплавов. Цветные металлы, 1978, № 8, с.92-93

27. Апанасенко A.M. Влияние некоторых факторов на теплофизические характеристики шихт из алюминиевой стружки. Цветные металлы, 1990, № 6, С.98-100.

28. Апанасенко A.M., Пржегорлинский В.И. Влияние технологических факторов на потери металлов от окисления при производстве сплавов из алюминиевой стружки. Цветные металлы, № 6, 1992, С.60-62.

29. Курдюмов A.B., Пикунов М.В., Чурсин В.М. и др. Производство отливок из сплавов цветных металлов,- М., Металлургия, 1986, 416 с.

30. Короткое В.Г. В кн.: Литейные свойства металлов и сплавов. М., Наука, 1967, С.252-256.

31. Стефанюк С. Л. Обезмагничивание алюминиевых сплавов фтористым алюминием. Цветные металлы, 1981, № 5, С.90-91.

32. Григоренко В.М. Рафинирование вторичных алюминиевых сплавов от примеси магния. Цветные металлы, 1992, № 6, С.59-60.

33. Schneider К. Die Verhütung von Aluminium Schrott. Berlin, Metallverlag, 1970, 304 s.

34. Добаткин B.M., Габидуллин P.M., Колачев Б.А., Макаров Г.с. Газы и окислы в алюминиевых деформируемых сплавах. М., Металлургия, 1976, 264 с.

35. Стефанюк С.Л., Гульдин И.Т., Ефремов Н.Л. Рафинирование алюминиевых сплавов от магния хлористым алюминием и хлоралюминатным флюсом. Цветные металлы, 1980, № 4, С.74-77.

36. Стефанюк С.Л., Гульдин И.Т., Шабана Р.Т., Ефремов Н.Л. Плавкость хлоридно-фторидных флюсов, применяемых при хлорном рафинировании алюминиевых сплавов от магния. Цветные металлы, 1978, № 5, С.58-60.

37. Гель В.Н., Удовиченко Ю.Н., Мелах А.Г., Алдакушкин A.B. Рафинирование вторичных алюминиевых сплавов хлористым алюминием. Цветные металлы, 1986, № 3, С.89-91.

38. Григоренко В.И., Попов В.А., ОфенЩден A.A. Рафинирование алюминиевых сплавов систем Al-Si-Cu от железа. Цветная металлургия. Изв. ВУЗов, 1978, № 6, С.131-133.

39. Лукашенко Э.Е., Гель В.И., Григоренко В.М. Комплексное рафинирование вторичных алюминиевых сплавов от примесей железа и магния марганецсодержащими реагентами. Цветные металлы, 1992, № 6, С.57-58.

40. Григоренко В.М., Резняков. О рафинировании кремнеземом алюминиевых сплавов от магния. Цветные металлы, 1983, № 3, С.90.

41. Тодораки И.Е., Офенгенден A.A. Рафинирование литейных алюминиевых сплавов из вторичного сырья от магния отходами титано-магниевого производства. Цветные металлы, 1986, № 7, с.84-85.

42. Воробьев А.К., Тодораки И.Е. Усовершенствование технологии рафинирования алюминиевых сплавов. Науч. тр. Ин-т титана, Запорожье, 1986, № 7, С.84-85.

43. Григоренко В.М., Евсеев Н.К. Использование плава хлоридных отходов для обработки алюминиевых сплавов из вторичного сырья. Цветные металлы, 1990, № 6, С.96-97.

44. Гель В.И. Внепечное рафинирование алюминиевых сплавов на предприятиях вторичной металлургии. Цветные металлы, 1990, № 4,С.83-84.

45. Ефименко В.П., Кисунько В.З., Бычков Ю.Б. Свойства алюминиевых сплавов из вторичного сырья, рафинированных комплексным методом. Цветные металлы, 1983, № 3, С.89-90.

46. Мельников Ю.А., Калужский H.A., Оскольских А.П., Шустеров-¡еунОлогн* рафиииро¿aHff>

47. C.B., Чупалов B.C. Исследование и разработка вторичных алюминиевых сплавов от примеси магния. Цветные металлы, 1999, № 1, С.79-82.

48. Мельников Ю.А., Калужский H.A., Оскольских А.П., Шустеров C.B. и др. Технология эффективного использования стружки при производстве вторичных алюминиевых сплавов. Тезисы докладов Международного семинара Алюминий Сибири-1997, Красноярск, 1997, С.52-54.

49. Патент РФ на изобретение № 2122597 "Способ рафинирования алюминиевых расплавов от магния / Мельников Ю.А., Оскольских А.П., Кузнецов С.С., Васильев В.А. и др. / Бюл. изобр. 1999, № 33.

50. Патент РФ на изобретение № 2122599 "Способ приготовления вторичных алюминиевых сплавов" / Мельников Ю.А., Кузнецов С.С., Оскольских А.П., Калужский H.A. и др. / Бюл. Изобр. 1999, № 3350. Сурин В.А. Исследование взаимодействия дутья с расплавом.

51. Цветные металлы, 1984, № 3, С. 15-21.

52. A.c. 401743 (СССР). Устройство для рафинирования металлов / Гудкевич В.М., Микуляк О.П., Ефименко В.П., Шкатов В.Ф.). Бюл. изобретений, 1973, № 41, С. 108.

53. Альтман М.Б. Металлургия литейных алюминиевых сплавов. М., Металлургия, 1972, 152 с.

54. Белоусов H.H. Плавка и разливка сплавов цветных металлов. Ленинград, Машиностроение, 1969, 108 с.

55. Курдюмов A.B., Алексеев П.А. Фильтрование алюминиевых сплавов. Литейное производство, 1967, № 5, С.6-8.

56. Альтман М.Б. Неметаллические включения в алюминиевых сплавах. М., Металлургия, 1965, 126 с.

57. Werner R. Harte Einschlüsse in Aluminium Druckgußteilen. Giesserei, 1962, Bd.49, N 7, 157-161.

58. Макаров Г.С. Рафинирование алюминиевых сплавов газами. М., Металлургия, 1983, 120 с.

59. Молчанов М.Д. Технологический процесс выплавки литейных алюминиевых сплавов. Цветные металлы, 1994, № 9, С.57-58.

60. Белов В.Д., Инкин С.В., Блишун А.И., Гусева В.В. и др. Изготовление ответственных отливок из алюминиевых сплавов. Литейное производство, 1995, № 4-5, С.26.

61. Евстигнеев А.И., Лашин В.И. Устройство для продувки расплавленного металла. Литейное производство, 1984, № 8, С.31.

62. Баланаева H.A., Гудкевич В.М., Бычков Ю.Б. Исследование свойств литейного алюминиевого сплава АК5М2. Литейное производство, 1980, №8, С.9.

63. Матысик В.А., Якимов В.И. Рафинирование алюминиевых сплавов газофлюсовой смесью. Литейное производство, 1983, № 7, С.35.

64. Шавров В.В., Анчеева З.К., Чурсин В.М. Рафинирование алюминиевых сплавов продувкой порошкообразными флюсами в струе инертного газа. Литейное производство, 1979, № 12, С. 10-11.

65. Паленко А.И., Шустеров C.B., Макаров Г.С., Шеметев Г.Ф. и др. Исследование кинетики рафинирования алюминиевых расплавов от примесей при обработке газофлюсовыми смесями. Цветные металлы, 1995, №8, С.61-64.

66. Патент РФ на изобретение № 3089639 "Способ рафинирования алюминия и его сплавов" /Паленко А.И., Кононов М.П., Шустеров C.B. и др. / Бюл. изобретений, 1997, № 25, ч.2.

67. Кимстач Г.М., Кудряков A.A. Одновременное модифицирование и рафинирование Al-Si-сплавов. Литейное производство, 1980, № 8, С.27-28.

68. Курдюмов A.B., Инкин C.B., Чулков B.C., Шадрин Г.Г. Металлические примеси в алюминиевых сплавах. М., Металлургия, 1988, 142 с.

69. Черняк И.В., Иевлев В.Б., Петров Н.К., Туник A.A. Устранение неметаллических включений из алюминиевых сплавов. литейное производство, 1983, № 9, с. 13-15.

70. Рутман М.М., Шадрин Г.Г., Гольдбухт Г.Е. Совершенствование плавки и литья вторичных деформируемых алюминиевых сплавов. Цветные металлы, 1985, № 5, с.87-89.

71. Рутман М.М., Печерский A.B., Рубцов А.П. Фильтрация алюминиевых сплавов через стеклоткань в восходящей струе. Бюлл. ВИЛС Технология легких сплавов, 1980, № 10, С. 17-21.

72. Чеканов А.Н., Бондарев Б.И., Швецов И.В., Суслова Л.Г. Исследование закономерностей тонкой фильтрации алюминиевых сплавов. Бюлл. ВИЛС Технология легких сплавов, 1980, № 6, С. 16-20.

73. Бсргояков М.П., Кокоулин В.Г. Исследование возможности одновременного рафинирования и модифицирования алюминиевых сплавов флюсами низших хлоридов титана. Бюлл. ВИЛС Технология легких сплавов, 1987, № 1, С.5-8.

74. Альтман М.Б., Лебедев A.A., Полянский А.П., Чухров М.В. Плавка и литье легких сплавов. М., Металлургиздат, 1956, 492 с.

75. Абрамов Г. А. Теоретические основы электрометаллургии алюминия, М., Металлургия, 1956, 583 с.

76. Крестовников А.И., Вигдорович В.И. Химическая термодинамика, М., Металлургия, 1973, 256 с.

77. Карапетьянц М.Х., Карапетьянц М.Л. Основные константы неорганических и органических веществ. М., Химия, 1968, 471 с.

78. Шиманович И.Е., Павлович М.Л., Тикавый В.Ф., Малашко П.М. Общая химия в формулах, определениях, схемах. Минск, Ушверсггэцкае, 1996, 528 с.

79. Жуховицкий A.A., Шварцман Л.а. Физическая химия. М., Металлургия, 1964, 676 с.

80. Васильев В.А. Рафинирование первичного алюминия от натрия ^азопорошковой смесью углеродистый материал инертный газ. Автореф. ia соиск. уч. степени канд. техн.наук, Л., 1986.

81. Корепанов P.C., Хабаров М.Я., Герасимов В.Л. Статистический летод в оценке электромагнитного перемешивания расплавов. Цветные металлы, 1968, № 12, С.82-84.

82. Альтман М.Б., Андреев А.Д., Белоусов H.H. и др. Алюминиевые :плавы. Плавка и литье алюминиевых сплавов. Под ред. Добаткина В.И., vi., Металлургия, 1970, 416 с.

83. Добаткин В.И., Габидуллин P.M., Колачев Б.А., Макаров Г.С. Газы и окислы в алюминиевых деформируемых сплавах. М., Металлургия, 1976, 264 с.

84. Радин А.Я. Исследование кинетики окисления жидкого алюминия. В кн. Вопросы технологии литейного производства. Труды МАТИ, М., Оборонгиз, 1961, № 49, С.73-98.

85. Радин А.Я. Исследование кинетики окисления алюминиевых сплавов в жидком состоянии. В кн. Вопросы технологии литейного производства. Труды МАТИ, М., Оборонгиз, 1961, № 49, С.98-120.

86. Лепинских Б.М., Карташев A.A., Белоусов A.A. Окисление жидких металлов и сплавов. М., Наука, 1979, 116 с.

87. Стефанюк С.Л. О рафинировании алюминиевых сплавов от водорода и окисных включений. Цветные металлы, 1980, № 4, С. 108110.

88. Танабе К. Твердые кислоты и основания. М., Мир, 1970, 183 с.

89. Арлюк Т.А., Телятников Г.В. О гидратации гидроокисей алюминия, отличающихся способом получения.

90. Сабиров Х.Х., Ларионов A.A., Черепанов С.Я. и др. Флюсовое рафинирование АВЧ при механическом перемешивании. Тезисы доклада 5-ой Уральской конференции по высокотемпературной физхимии и электрохимии. Свердловск, 1989, С.215.

91. Черепанов С.Я., Колпаков Ю.И., Сабиров Х.Х. и др. Использование оборотного электролита при флюсовом рафинировании алюминия. Тезисы доклада Краевой конференции "Молодежь и научно-технический прогресс", Красноярск, 1990, С.86-87.

92. Термодинамические константы веществ. Спр. руководство под ред. Глушко В.П., М., АН СССР, 1981, вып.Х, ч.1, 299 с.

93. Люпис К. Химическая термодинамика материалов. М., Металлургия, 1989, 504 с.

94. Постников Н.С., Черкасов В.В. Прогрессивные методы плавки и литья алюминиевых сплавов. М., Металлургия, 1973, 224 с.

95. Кимстач Г.М., Кириллов А.Ф., Золотов В.И. Исследование эффективности рафинирования алюминиевых сплавов различными способами. Труды Горьковского и-та инженеров водного транспорта, 1979, № 170, С.42-52.

96. Токарев Ж.В., Графман З.И., Салохин A.B. Повышение производительности труда в литейном производстве, Ч.П, М., НИИМАШ, 1969, С.59-67.

97. Чернега Д.Р., Бялик О.М. Водород в литейных алюминиевых сплавах. Киев, Техника, 1972, 146 с.

98. Альтман М.Б. Об уменьшении содержания неметаллических включений в алюминиевых сплавах. Цветные металлы, 1974, № 2, С.58-59.

99. Новиков Н.И. Горячеломкость цветных металлов и сплавов. М., Наука, 1966, 124 с.

100. Горшков И.Е. Литье слитков цветных металлов и сплавов. М., Металлургиздат, 1952, 416 с.

101. Гуляев Б.Б. Теория литейных процессов. Л., Машиностроение, 1976,214 с.

102. Гуляев Б.Б. Литейные процессы. М.-Л., Машгиз, 1960, 416 с.

103. Внедрения научно-техничекого мероприятия по теме " Исследование и азработка эффективной технологии производства вторичных алюминиевых плавов с использованием дисперсных видов сырья".

104. Наименование объекта. Плавильно-литейное производство ЗАО СП "ЛСТ -1еталл".

105. Дата внедрения. Июль 1998г.4,Основные показатели, характеризующие результаты внедрения.41. Исходные данные.

106. Цена флюса, применявшегося до внедрения мероприятия, с НДС, руб./т 14880.

107. Цена флюса, применяющегося после внедрения мероприятия, с НДС, руб./т 1320.

108. Расход флюса, применявшегося до внедрения мероприятия, кг/1 кг магния 5.

109. Расход флюса, применяющегося после внедрения мероприятия, кг/1 кг магния 10.

110. Увеличение массы плавки за счет увеличения металловыхода вовлекаемой дисперс-юй шихты и внедрения меди в расплав, % 16.

111. Количество вовлекаемой дисперсной шихты от массы плавки, % 10.

112. Цена сплава АК5М2, руб./т 34980.

113. Масса сплава отлитого по внедренной технологии, т 26500.

114. Масса удаленного магния, т 3,76.

115. Расчет прибыли от внедрения мероприятия.

116. Годовая прибыль составила:14, 88 х 5 1,32 х 10 ) х 3760 + 26500 х 01 х 0,16 х 34980 = 15 061 632 руб.