автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Разработка технологии рафинирования алюминия от примесей щёлочных и щёлочноземельных металлов

На правах рукописи

ПИСКАРЕВ ДЕНИС ВАЛЕРЬЕВИЧ

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ РАФИНИРОВАНИЯ АЛЮМИНИЯ ОТ ПРИМЕСЕЙ ЩЕЛОЧНЫХ И ЩЕЛОЧНОЗЕМЕЛЬНЫХ

МЕТАЛЛОВ

Специальность 05 16 02 Металлургия черных, цветных и редких металлов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

□ОЗОТ1347

Москва 2007

003071347

Работа выполнена в ГНЦ РФ ФГУП «Институт «ГИНЦВЕТМЕТ»

Научный руководитель

доктор технических наук Виталий Иванович Гель

Официальные оппоненты

Доктор технических наук Павел Авксентьевич Ковган

Кандидат технических наук Александр Николаевич Болдин

Ведущее предприятие ФГУП «ГИПРОЦВЕТМЕТ»

Защита диссертации состоится « 31» мая 2007 г в 13°° часов на заседании Диссертационного совета Д 217 041 01 в Государственном научно-исследовательском институте цветных металлов "ГИНЦВЕТМЕТ" по адресу 129515, г Москва, ул Академика Королева, 13, тел (495) 615-39-82, факс (495) 615-34-53

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке Государственного научного центра - Федерального государственного унитарного предприятия "Государственный научно-исследовательский институт цветных металлов "ГИНЦВЕТМЕТ"

Автореферат разослан " 2007 г

Ученый секретарь Диссертационного совета, кандидат технических наук

И И. Херсонская

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Рафинирование алюминия и его сплавов - это технологическая операция, без которой, так или иначе, не обходится ни одно металлургическое предприятие или литейное производство Необходимость рафинирования вызвана, следующими факторами Для алюминиевых заводов, производящих алюминий и полуфабрикаты в первую очередь требуется очистка от натрия, лития, кальция и магния, переходящих в расплав в процессе электролиза Особенно актуальна проблема повышенного содержания лития при использовании литийсодержащих электролитов, когда содержание лития в расплаве после электролиза равно 15-25 ррш, а требуемый (коммерческий) уровень составляет 1 ррш Для заводов-переработчиков ломов и отходов в марочные сплавы - это вызвано необходимостью удаления из расплава избытков магния и кальция с применением галогенидных флюсов (фтористый алюминий, криолит и т д) путем вмешивания или вдувания в ванну металла активных флюсов Вопрос выбора способов рафинирования зависит, в основном, от целей, которые перед собой ставит предприятие и, зачастую, от квалификации технического персонала

В работе рассмотрены существующие методы и флюсы для рафинирования алюминия и его сплавов, выполнен их сравнительный анализ, на основании которого выбрано направление исследований и опытно-промышленных испытаний

Актуальность работы

Актуальность проблемы заключается в необходимости разработки новых флюсовых композиций и способов их эффективного использования для удаления из алюминия и его сплавов лития, натрия, кальция и магния, т к существующие способы рафинирования вследствие повышенных расходов активного реагента, большого шлакообразования в процессе рафинирования, высокой стоимости не удовлетворяют требованиям прогрессивной технологии, равно как и отсутствие гранулированного флюса российского производства для установок инжекции

Цель работы

Целью работы является разработка эффективной технологии глубокого рафинирования алюминия и его сплавов от примесей щелочных и щелочноземельных металлов (ЩМ и ЩЗМ) с помощью новых флюсовых композиций Для достижения поставленной цели решались следующие задачи

1 По литературным источникам провести сравнительный анализ методов флюсового рафинирования алюминия и его сплавов

2 Провести расчеты энергий Гиббса реакций взаимодействия флюсов с щелочными и щелочно-земельными металлами (ЩМ и ЩЗМ)

3 На основании термодинамических расчетов, литературного обзора и экспериментальных исследований разработать новые флюсовые композиции и определить их физические свойства

4 Провести экспериментальные исследования рафинирующих свойств известных и новых флюсов для очистки от примесей ЩМ и ЩЗМ

5 Провести исследование процесса грануляции флюсов в опытно-промышленных условиях Разработать и освоить технологию грануляции смеси фтористых и хлористых солей

6 Провести опытно-промышленные испытания разработанной технологии и флюсов в условиях алюминиевых заводов и заводов Втор-цветмета (ВЦМ)

Методы исследования

В процессе проведения исследований разработаны и изготовлены стенд для определения температуры плавления флюсов и стенд с импеллером на базе тигельной электропечи для определения степени рафинирования флюсов Термодинамические расчеты протекания хода реакций проведены при помощи программы термодинамического моделирования «ИВТАНТЕРМО» разработки Термоцентра им В П Глушко РАН Измерения оборотов вращения ротора проводились с помощью цифрового тахометра АКТАКОМ - 6001 Определение химического состава алюминия до и после рафинирования проводилось на спектрометре ARL 3660 Определение фазового состава проводилось на ди-фрактрометрической системе «X1 Pert Pro» компании Philips

Научная новизна

1 Рассчитаны энергии Гиббса в диапазоне температур от 500 до 1200 К более 130 реакций взаимодействия ЩМ и ЩЗМ с фтористыми и хлористыми солями, что позволило прогнозировать возможность рафинирования тем или иным реагентом и выбрать направление дальнейших исследований

2 Получены ранее не известные соотношения технологических параметров процесса грануляции галогенидных флюсов Разработана и предложена упрощенная методика измерения соотношения хлорида калия и фторалюмината калия в гранулированном флюсе по плотности их водных растворов, что позволяет просто и с малыми материальными затратами определять химический состав гранулированного флюса в производственных условиях

3 Определены температуры плавления новых флюсовых композиций

4 Теоретически и экспериментально доказана возможность очистки алюминия от лития до 1 ррт, от натрия — до 1 ррш, что позволит производить сплавы с более высокой продажной ценой

Практическая значимость работы

1 На основе фторалюмината калия разработан новый универсальный флюс марки «Экораф - 3 1 1» для рафинирования вторичных алюминиевых сплавов от магния и первичных алюминиевых сплавов от других примесей щелочных и щелочноземельных металлов, таких как, натрий, литий и кальций

2 Определены рациональные параметры технологии инжекции флюсов в расплав (расход флюса, время, температура расплава и т д ) в промышленных условиях Технология инжекции гранулированного флюса «Экораф - 3 1 1» введена в серийную технологию на заводах компании «РУСАЛ» и «СУАЛ»

3 Разработана технология грануляции галогенидных флюсов

4 Для рафинирования алюминиевых сплавов от магния на ряде предприятий ВЦМ введен в серийную технологию флюс «Экораф -3 11» взамен криолитов натрия и фтористого алюминия В отличие от ранее используемых криолитов натрия и фтористого алюминия технология рафинирования флюсом «Экораф - 3 1 1» не предполагает дополнительного использования хлористых солей, расход флюса на 1 кг/магния составил 6 - 7 кг на концентрациях более 0,7 %, 10 кг на концентрациях до 0,3 % и 14 кг на концентрациях до 0,1 % против12 -14 кг/1 кг на концентрациях до 0,3 % у криолита №3А1Рб

5 Суммарный экономический эффект от использования флюса «Экораф - 3 1 1» на различных металлургических заводах за три года составил более 30 млн руб

Разработанные технологии и флюсовые композиции внедрены на 3-х алюминиевых заводах, на 3-х заводах по переработке ломов и отходов в марочные вторичные алюминиевые сплавы и на 2-х металлургических заводах

Апробация работы

Материалы диссертационной работы докладывались на 1-ой международной научно-технической конференции «Перспективы вторичной металлургии России взаимодействие, кадры, оборудование» в 2004 г, на XI международной конференции «Алюминий Сибири - 2005» и на Ш-ей международной конференции «Рециклинг Алюминия - 2006»

На защиту выносятся

1 Результаты расчетов энергии Гиббса в диапазоне температур от 500 до 1200 К более 130 реакций окисления ЩМ и ЩЗМ фтористыми и хлористыми солями

2 Результаты определения температур плавления новых флюсовых композиций

3 Результаты экспериментальных исследований и опытно-промышленных испытаний по рафинированию алюминия и его сплавов новыми флюсовыми композициями

Публикации

Материалы диссертации опубликованы в 7 печатных работах

Аннотация диссертационной работы по главам

Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, В приложений и библиографического списка из 50 наименований Материалы изложены на-/<£? страницах, содержат 42. таблицы, 209 рисунков, 21 фотографию,51 приложений

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность диссертационной темы, формулируется цель работы и ее научная новизна

В первой главе диссертационной работы приведен аналитический обзор литературы по данной проблеме Рассмотрены способы рафинирования алюминия и его сплавов известными флюсовыми композициями за последние 30 лет, а также обработка нейтральными и активными газами, внепечное рафинирование, фильтрация, комбинированные способы очистки, сочетающие в себе, как продувку газами, так и обработку флюсом Особое внимание уделено флюсовой глубокой очистке алюминия и его сплавов от примесей натрия, кальция, магния и лития до концентраций ниже 5 ррт

Рассмотрено рафинирование более чем 20-ю различными составами флюсов на основе сульфатов, криолитов калия и натрия, хлорида марганца, гексахлорэтана, фторсиликатов и фтористого алюминия Процессы рафинирования флюсами на основе указанных систем, фильтрации и комбинированных способов рассмотрены как с практических, так и с теоретических позиций

По результатам литературного обзора выбрано направление для дальнейшего проведения исследований, а именно разработка нового универсального флюса для рафинирования вторичных и первичных алюминиевых сплавов и технологии его введения в расплав

Во второй главе проведены термодинамические расчеты реакций при помощи программы термодинамического моделирования ИВТАН-ТЕРМО разработки Термоцентра им В П Глушко РАН (рис 1) На основе термодинамического анализа для дальнейших исследований обоснованы составы флюсовых композиций (табл 1 и 2), рассчитаны их стехиометрические расходы и выбраны способы введения флюса в расплав

7

Рис. 1. Изменение энергии Гиббса {рассчитано программой ИВТАНТЕРМО)

Таблица I

Составы флюсов для дальнейших исследований_

Название флюса Состав, %

KjSiFft AlFj A12(S04)3 NaCI KC1 KAIF4 С

Фтористый алюминий - 100 - - - - -

Экораф -3.1.1 - - - - 20 80 -

Flux 3 - 40 - - 30 30 -

Flux - 4 - - - 30 47 23 -

Flux-S - - 15 30 30 20 5

Flux - Si 40 - - 45 15 - -

Таблица 2

С те х и ом eip и ч ее к и й расход флюсов, кг флюса /1 кг примеси_

n ри м ее ь флюс Mg Ca Na Li Al

Фтористый алю-МИ[[ИЙ 2,27 1,38 1,20 3,98 -

Экораф -3.1.1 4,83 2,92 2,55 8,46 -

Flux - 3 3,94 2,39 2,08 6,9 -

Flux - 4 16,76 9,54 8,29 27,58 -

Flux - S 5,50 3,33 3,55 11,82 10,86

Flux - Si 11,31 6,85 5,97 19,84 15,84

Третья глава посвящена лабораторным исследованиям. На основе принципов пирометра Курнакова Н. С. разработан стенд для определения температуры плавления флюсов (рис. 2). Сигнал от термопары с помощью термокомненсационных про водой подавался на измерительный модуль ЛОАМ-4(]18. Затем оцифрованный ситная через модуль преобразователя интерфейса поступал в персональный компьютер, где с помощью специальной программы строилась зависимость температуры от времени.

Достоверность полученных результатов определялась по графику Сравнения хорошо изученной смеси хлоридов калия и натрия в соотношении ! : I (рис. 3} и так же известным температурам плавления хлоридов натрия и калия. Температура плавления флюса определялась по температуре «ступеньки» на кривой нагрева или охлаждения. Примененная методика позволяла проводить визуальный контроль процесса только При охлаждении. Визуальные наблюдения процесса охлаждения показали, что начало кристаллизации флюса соответствует началу излома кривой охлаждения - началу появления ступеньки. Поэтому в дальнейшем температура кристаллизации определялась по кривой охлаждения как температура начала ступеньки.

Истинную температуру расплава термопара показывает в промежутке между началом ступеньки и ее окончанием. Наиболее однозначно обозначенной точкой на ступеньке является точка перегиба. Ее и следует рассматривать в качестве температуры плавления. Эта точка наиболее приближена к реальной температуре плавления.

крышка печи тигель

Рис. 2. Схема стенда для определения температуры плавления флюсов

Рис.3. Кривая нагрева-охлаждения для флюса ЫаС1-КС1 1:1

Результаты измерений температур плавления солей представлены в таблице 3.

Таблица 3

Температуры плавления солей и их флюсовых композиций_

Флюс

Тпл, "С

Полученные данные

Справочные

ЫаС1 х.ч.

798 - 803

800 - 801

КС! х.ч.

767 - 773

770 - 774

Иза-КС! х.ч. 1:1 мол.

650 - 655

645 - 660

Экораф - 3.1.1

592 - 635

Р1цх - 3

759 - 794

Пих - 4

Иих - 5

Р1их - 8)

705 - 750

613-689

696 - 770

Полученные результаты измерения температур плавления известных солей но своим значениям приближаются к справочным данным, что позволяет с достаточной степенью точности считать полученные значения температур плавления для вновь разработанных флюсовых композиций достоверными.

Разработан и выполнен исследовательский стенд на базе тигельной электропечи для определения степени рафинирования флюсов от при-

месей натрия, кальция, магния и лития (рис. 4). Для проведения эксперимента использована схема установки 'ГАС (Treatment of Aluminium in Crucible — обработка алюминия в ковше) компании ALCAN. Объём тигля 19 кг по алюминию. Для замешивания флюса в расплав применялись два типа графитовых импеллеров со специальной пропиткой. Флюс подавался засыпкой сверху на поверхность расплава. В качестве шихтовых материалов использовался алюминиевый электротехнический лом I гр. и смесь фтористого лития с хлоридами натрия и калия для ввода лития в расплав. Для рафинирования алюминия от примесей приготавливались указанные составы флюсов.

Измерения оборотов ротора проводились с помощью цифрового тахометра АКТАКОМ - 6001. Диапазон измерений тахометра от 0,5 до 19,999 об/мин. Погрешность измерений - 0,05 %. Определение химического состава алюминия до и после рафинирования проводилось на спектрометре ARL 3660. Эффективность рафинирования флюсами определялась в зависимости от температуры, времени, расхода флюса, скорости вращения ротора и его конструкции.

Рис. 4. Экспериментальный стенд для определения степени рафинирования флюсов

По результатам работы установлены следующие степени рафинирования (табл. 4 и рис. 5).

Таблица 4

Средняя степень эффективности рафинирования различными флюсами _по результатам лабораторных исследований_

Флюс Примеси Степень рафинирования, %

Flux - 3 Mg 31,1

Ca 46,3

Na 66,8

Li 53,8

AIF3 Mg 18.8

Ca 22,8

Na 43,4

Li 29,4

Экораф 3.1.1 Mg 39,1

Ca 37,3

Na 72,7

и 65,7

Flux 4 Mg 14,5

Ca 33,3

Na 61,8

Li 57,5

Flux - S Mg 26,4

Ca 20,1

Na 39,3

Li 35,9

Flux - Si Mg 0

Ca 0

Na 0

Li 0

Рис. 5. Сравнение степени эффективности рафинирования различных флюсов 1 - Flux - 3, 2 AlFj, 3 Экораф 3.1.1,4- Flux - 4, 5 - Flux - S, 6 - Flux - Si

Для определения влияния температуры на степень рафинирования принимались следующие константы обороты ротора V = 370 об/мин, расход флюса, X = 60 г, масса металла, М = 15000 г, при этом переменными были значения температуры t = 750, 800 и 850 °С Результаты исследований приведены в таблице 5

Таблица 5

Степень рафинирования флюсов в зависимости от температуры _ по результатам лабораторных исследований_

Степень Степень Степень

Примесь рафинирования рафинирования рафинирования

Флюс при t = 750 °C, при t = 800 °С, при t = 850 °С,

% % %

Экораф -3 1 1 Ms 66,7 - 16,6

Ca - 63,6 33,3

Na 80,0 60,0 80,0

Li 82,2 66,5 72,7

Flux - 3 Mg 26,3 53,9 35,7

Ca 44,4 40,0 25,5

Na 78,6 75,0 54,8

Li 52,2 62,0 41,0

Flux - 4 Mg 14,4 18,3 11,1

Ca 9,3 16,6 -

Na 22,7 33,3 69,5

Li 31,8 48,5 56,6

Flux - S Mg - - 45,2

Ca 20,0 12,5 20,0

Na 28,5 16,6 70,0

Li 42,8 36,7 58,4

Flux - Si Mg - - -

Ca - - -

Na - - -

Li - - -

AlFj Mg 15,7 19,0 -

Ca 11,8 28,6 -

Na 38,1 47,0 14,5

Li 43,6 44,1 22,1

Флюс «Flux - Si» не оказывает рафинирующего воздействия По всей видимости, это связано с большой летучестью SiF4 и действием центробежных сил Газ не успевает прореагировать с примесями Флюс Flux -S рафинирует более активно при высоких температурах Скорее всего, это связано с более высокой температурой, которая обеспечивает устойчивое разложение сульфата алюминия Визуально видно, что при

загрузке флюса происходит сильное искрение, а на чушке после слива наблюдается зеленый трудноудаляемый налет - продукты реакций (сульфаты и сульфиды) Подтверждаются результаты, опубликованные фирмой ALCOA-INTALCO о снижении эффективности рафинирования фтористым алюминием при высоких температурах Оптимальной температурой рафинирования является диапазон 750 — 800 °С

Для определения влияния скорости вращения ротора на степень рафинирования принимались следующие константы температура t = 800 °С, расход флюса, X = 60 г, масса металла, М = 15000 г, при этом переменными были значения оборотов ротора V = 370 и 670 об/мин Результаты исследований приведены в таблице 6

Таблица 6

Степень рафинирования флюсов в зависимости от скорости вращения

ротора по результатам лабораторных исследований

Степень рафини- Степень рафини- Откло-

Флюс При- рования при рования при нение,

месь V = 370 об/мин, % V = 670 об/мин, % %

Экораф -3 1 1 Mg 16,6 37,5 + 55,7

Ca 33,3 50,0 + 33,4

Na 80,0 85,0 + 5,8

Li 72,7 71,9 -1,5

Flux - 3 Mg 53,9 33,3 -61,8

Ca 40,0 40,0 0

Na 75,0 75,0 0

Li 62,0 71,6 + 13,4

Flux - 4 Mg 18,3 22,8 + 19,7

Ca 16,6 15,1 + 9,9

Na 33,3 30,1 - 10,6

Li 48,5 44,9 - 8,0

Flux - S Mg - - -

Ca 12,5 20,0 + 37,5

Na 16,6 39,0 + 57,4

Li 36,7 23,1 -58,8

A1F3 Mg 19,0 - -

Ca 28,6 - -

Na 47,0 - -

Li 44,1 7,6 -480

Увеличение скорости вращения ротора благоприятно влияет на степень рафинирования флюса «Экораф - 3 1 1» У флюсов «Flux - 3», «Flux - 4», «Flux - S» установить четкую зависимость степени рафинирования от скорости вращения ротора не удалось При большой скорости вращения ротора степень рафинирования фтористого алюминия значительно падает, скорее всего, это связано с тем, что фтористый

алюминий не плавится, а значит, порошок фтористого алюминия накапливается виде «настыли» на стенках тигля, реакционная поверхность его при этом уменьшается, что приводит к резкому снижению скорости реакции взаимодействия

Для определения влияния расхода флюса на степень рафинирования принимались следующие константы температура t = 800 °С, обороты ротора V = 370 об/мин, масса металла, М = 15000 г, при этом переменными были значения расхода флюса, X = 30, 60 и 100 г Изменение количества флюса ( 30, 60, 100 г) не определяет явных тенденций в ту или иную сторону, хотя можно просмотреть снижение эффективности флюса «Экораф - 3 1 1» при дозировке 30 г и увеличение степени рафинирования флюса «Flux - 4» при дозировке 100 г

Учитывая, что данные опыты проводились в области очень низких концентраций, ключевую роль может играть не только так называемый масштабный фактор, но и погрешность измерений, а так же ограниченная площадь контакта флюса с расплавом Поэтому, достоверные результаты определить не представлялось возможным Превышение значений практических расходов по сравнению со стехиометрическими в сотни и тысячи раз объясняется низким уровнем концентраций примесей Результаты исследований приведены в таблице 7

Таблица 7

Степень рафинирования флюсов в зависимости от расхода флюса

Флюс Примесь Расход флюса, кг/1 кг примеси

Экораф - 3 1 1 Mg 1146,3

Ca 18392,8

Na 6815,9

Li 235,0

Flux - 3 Mg 1455,2

Ca 11008

Na 4665,6

Li 215,4

Flux - 4 Mg 2650

Ca 31111,1

Na 4584,1

Li 180,2

Flux - S Mg 1078,1

Ca 25597,2

Na 14875,5

Li 466,2

A1F3 Mg 2166,6

Ca 26667,7

Na 7208,3

Li 669,7

Изменение конструкции роюра так же не дало существенных результатов для оценки степени рафинирования. Это может быть связано с малым объёмом печи (масштабный фактор), где отношение диаметра тигля к диаметру рабочей части ротора слишком мало.

Во время проведения исследований установлено, что в основном рафинирование проходит в первые 15 минут, далее идёт постепенное снижение концентрации, которое останавливается примерло через 30 мин. Типичная кинетическая кривая показана на рис. 6.

Типичная кинетическая кривая рафинирования

s

0 5 10 15 20 30

время, мин

Рис, 6. Типичная кинетическая кривая удаления примесей из расплава

Разработана методика измерения соотношения хлорида калия и фторалюмината калия в гранулированном флюсе «Экораф - 3.1.1» по плотности их водного раствора. Методика основана на нерастворимости в воде фторалюмината калия и хорошей растворимости KCl. При одинаковой величине растворяемого в воде гранулята плотность раствора целиком зависит от содержания в гранул яте хлористого калия.

Для определения содержания хлористого калия в грануляте достаточно построить зависимость плотности раствора от содержания хлористого калия. Плотность раствора измерялась ареометром АОН-1 с диапазоном измерения 1,120-1,180 г/смЗ и ценой деления 0,001 г/смЗ.

Для построения такой зависимости использовали химически чистый хлористый калий. График строился по трем точкам: плотность чистой воды; плотность растворас концентрацией хлористого калия 125 г/л и плотность раствора о концентрацией хлористого калия 250 г/л. Наличие сухого остатка не учитывалось.

содержание КС1, %

Рис 7. Зависимость плотности раствора от содержании КО в грануляте

В опытно-промышленных условиях установлены рациональные параметры гранулирования флюса «Экораф - 3.1.1» и отработана технология грануляции (табл. 8)

Таблица 8

Рациональные параметры приготовления гранулированного флюса

Параметр Значение

Состав раствора связующего, % 30 сульфатно-спиртовой бражки 70 воды

Расход Связующего, л/100 кг сухой смеси 12

Время грануляции, мин 10

Вращение барабанной печи, об/мин 3

Скорость подачи гранулята в барабанную печь проходного типа для сушки, кг/мин 5

Установлены нормативы по выходу готовой продукции; %, не менее 90

Температура сушки, "С 240

Максимальное содержание воды в исходном грануляте, % 12

Максимальное содержание воды в готовом гранулированном флюсс, % 1

В четвертой главе показана возможность практического применения разработанного флюса в промышленных условиях и приведены расчеты экономической эффективности По результатам исследований флюсов в лаборатории и расчета себестоимости производства флюсов для опытно-промышленных испытаний был выбран флюсовый препарат «Экораф-3 11»

Опытно-промышленные испытания порошкообразного флюса «Экораф - 3 1 1» проводились на ЗАО «Завод ВМС», ОАО «КУМЗ», ОАО «Сухоложский завод вторцветмет», ОАО «КЗФ» и ОАО «Русал-Новокузнецк» Опытно-промышленные испытания гранулированного флюса «Экораф - 3 11» проводились на установке ЯоЮ^ фирмы НОЕБСН («Русал-Новокузнецк»), ЯС1/ШЧ фирмы «БТАБ» («Русал-Саяногорск») и «РАЬ-Р1Р-50» фирмы Руго1ес («Русал-Красноярск»)

На заводах по переработке лома алюминия в большинстве случаев используются газовые отражательные печи (однокамерные или двухкамерные) в совокупности с газовыми миксерами для доводки сплава по химическому составу (легирование, рафинирование, модифицирование) Наиболее распространены печи емкостью от 12 до 40 т, емкость миксера, как правило, на 2 - 3 т больше печи Типичная схема рафинирования вторичных алюминиевых сплавов порошкообразным флюсом «Экораф -31 1» приведена в таблице 9 Оценка степени рафинирования определялась, как расход флюса на удаление 1 кг Мд, время рафинирования и шлакообразование в процессе рафинирования Оценка эффективности флюсового препарата «Экораф - 3 1 1» проводилась в сравнении с че-тырехфтористым криолитом ЫаАШ4 Результаты опытно-промышленных плавок представлены в таблице 10

Таблица 9

Типичная схема рафинирования вторичных алюминиевых сплавов

№ п/п Операция Время, мин

1 Предварительный замер температуры 1-2

2 Съем шлака 10-15

3 Выключение горелок 1

4 Замер температуры 1-2

5 Загрузка флюса на зеркало расплава с помощью МЗМ или погрузчика 2

6 Замешивание флюса в расплав 10-15

7 Включение горелки 1

8 Технологическая выдержка 8- 12

9 Повторное замешивание флюса в расплав 5-7

10 Отбор пробы на химический состав 1

11 Технологическая выдержка (горелка включена) 8-12

12 Повторное замешивание флюса в течении минут 3-5

13 Отбор пробы на химический состав 1

Таблица 10

Результаты опытно-промышленных плавок

Флюс Обработано А1, кг Из-рас-ходо-вано флюса, кг Расход флюса, кг/ т А1 Время обработки (срсдн) мин Тсмпс-рат обработки (срсдн) °С Расход флюса, кг/ кг Mg Шлак всего, кг Шла-кообра-зова-нис (срсдн) Кшл

NaAlF4 206290 5663 27,4 82,4 779 13,4 7248 1,28

Экораф -3 1 1 205511 4175 20,3 63,2 778 10,6 4717 1,13

Кшл — коэффициент шлакообразования, определяется как отношение образовавшегося шпака к загруженному флюсу

Зависимость расхода флюса от температуры представлена на рис 8 и 9 Кривая зависимости на обоих флюсах имеет вид вогнутой кривой Очевидно, что наиболее меньший расход флюсов наблюдается в диапазоне температур 750 - 800 °С Увеличение расхода отмечается, когда температура недостаточно высока или при высокой температуре, что можно объяснить испарением флюса После 850 °С опять идет снижение расхода, однако, скорее всего это связано с дополнительным выгоранием магния при высоких температурах, а так же с устойчивым протеканием реакции и получением расхода близкого к стехиометриче-скому

При температурах выше 800 °С органолептически отмечается небольшое появление «кислого» запаха впервые 5 мин замешивания флюсов, что так же может расцениваться, как возгонка фторидов

Установлено, что после 10—15 минут замешивания температура расплава в миксере падает на 40 - 50 °С, на момент начала рафинирования температура расплава должна быть в диапазоне 750 - 780 °С

Из кинетических кривых (рис 10 и 11) видно, что четырехфтори-стый криолит реагирует медленнее, чем Экораф - 3 1 1 Так содержание магния в результате рафинирования NaAlF4 падает после 45 — 75 мин, в результате рафинирования флюсом «Экораф — 3 1 1» - 30 - 45 мин В среднем время обработки расплава сократилось на 20 минут

Зависимость расхода №А1Р4 от температуры

20 -1

Температура, оС

Рис 8 Зависимость расхода НаАШ4 от температуры

Зависимость расхода флюса Экораф-3 1 1 от температуры

О) 15 у

10 --

сс О 5 -

о го О. 0 1

■4-4-

Н-г

/\ЧГ Д'^- ДО" дЧГ д

-Ч-

Температура, оС

Рис 9 Зависимость расхода флюса «Экораф - 3 1 1» от температуры

Кинетика рафинирования Мд №А1Р4

5? о.б s 0.5 Í- 0.4 ^0.3 5 0.2 1 0.1 £ о

О 15 30 45 60 75 90 105 120 Время, мин

Рис. 10, Кинетика рафинирования флюсом N а АIР4

Кинетика рафинирования Мд флюс Экораф - 3.1.1

0.6

5

з:

| 0,4

| 0-2

I 0

Рис. 11 Кинетика рафинирования флюсом Экораф — 3.1.1

Стехиометрические расходы испытываемых флюсов представлены в таблице 11. Как видно из таблицы, у всех флюсов практический расход значительно выше стехиометрического. В среднем степень рафинирования у флюса Экораф - 3.1.1 выше, чем у ^А1Р4 на 20,9 %.

Время, мин

Таблица 11

Эффективность рафинирования и расход флюсов_

Флюс Стехиометрический расход, кг/ кг Практический расход, кг/ кг мк Коэфф полезного использования, Кпи

№АШ4 3,47 13,4 0,25

Экораф -3 1 1 4,64 10,6 0,43

В ходе испытания по проверке снижения концентрации щелочных и щелочно-земельных металлов в техническом алюминии марки А7Э флюсовый препарат «Экораф - 3 1 1»-3 1 1 вводился в карман миксера во время заполнения его металлом в количестве 2,0 кг/т сырца Выдержка после обработки флюсом составила 10-15 минут Шлак снимался в специально подготовленную шлаковницу Пробы на определение химического состава алюминия технического отбирались до и после обработки флюсом В сплаве АК6М2 проверка снижения концентрации щелочных и щелочно-земельных металлов при обработке его флюсом проводилась на печи ИАТ6М2 Флюс вводился непосредственно в индукционную печь перед и после введения магния в количестве 2,0 кг/т расплава Выдержка после обработки флюсом составила 10-15 минут Шлак снимался в специально подготовленную шлаковницу Пробы на определение химического состава алюминия технического отбирались до и после обработки флюсом

Таблица 12

Степень рафинирования флюса «Экораф- 3 1 1» в индукционной и _электрической печи, %_

Сплав М8 Ыа Са 1л

АК6М2* 41,6 36,8 10,9 14,2

АК6М2 27,2 64,7 42,8 28,5

А7Э 22,8 55,5 33,3 21,4

Среднее 25,0 60,1 38,0 24,9

* - примечание сплав обрабатывался после легирования магнием

При больших концентрациях магния, по закону действующих масс, флюс реагирует в первую очередь с ним, несмотря на то, что магний является менее активным элементом Другие примеси (N3, Са, 1л) практически не вступают во взаимодействие с флюсом При одинаковом уровне концентраций всех примесей, как и ожидалось, магний удаляется хуже, при этом эффективность рафинирования от Ыа, Са и 1л повышается (рис 12)

Степень рафинирования флюса "Экораф -3.1.1" в индукционной и электрической печи

к г: х

л го

I 00

0) о

¿3 I

га

80 60 40 20

ГИ, [Л1 л I

Мд

2 №

3

Са

□ АК6М2* МАК6М2

□ А7Э

Рис. 12. Степень рафинирования флюса «Экораф — 3.1.1» э индукционной и электрической печи

На установке «Ко1о]е1.» фирмы «НоевсЬ» было проведено 1) опытно-промышленных плавок. Установка «КоЬуеЬ) состоит из стальной колонны с консольным диском, на котором закреплён шнековый герметичный дозатор для подачи флюса в импеллер. На консольном диске установлены 2 импеллера, один из которых предназначен для инжекции флюса в составе газофлюсовой смеси, второй для обработки расплава инертным газом от рампы с баллонами аргона. Дозирующий узел имеет механизм подъёма с приводом для обслуживания ковшей разной высоты и ёмкости. В качестве газа-носителя используется аргон.

Рафинирование в ковше с помощью установки эффек-

тивнее, чем в индукционной и электрической печи через зеркало металла Исключение составляет лишь магний, скорее всего это связано с более высоким уровнем концентраций магния при рафинировании в индукционной и электрической печи, чем при рафинировании в ковше, соответственно 40 и 22 ррш

Таблица 13

Степень рафинирования флюсом «Экораф -3 1 1», %_

Примесь Установка Покуй Индукционная и электрическая печь Эффективность ЯоЮ^, %

1л 74,1 24,9 + 197,6

№ 78,6 60,1 + 30,8

Са 52,1 38,0 + 37,1

Мк 17,0 25,0 -32,0

Ряд активности примесей по результатам плавок будет выглядеть следующим образом

N3-► 1л -► Са -► Ме

В ходе испытаний установлены оптимальные параметры режима ввода флюса под зеркало расплава установкой «11оиуеЬ> (табл 14)

Таблица 14

Параметр Значение

Скорость вращения шнека, % 75

Скорость подачи флюса, кг / мин 0,5

Расход флюса, кг/т 1

Расход газа, литр/мин 60

Скорость вращения газового ротора, об/мин 375

Скорость вращения флюсового ротора, об/мин 675

Время обработки 5 т А1, мин 12

Температура расплава на момент начала обработки, иС 780

ВЫВОДЫ

1 На основании анализа литературных источников и показателей работы заводов по производству алюминия и его сплавов, в т ч и вторичных, выявлена необходимость разработки эффективной технологии глубокого рафинирования алюминия и его сплавов от примесей щелочных и щелочно-земельных металлов и создание для ее реализации новых флюсовых композиций

2 Разработан новый универсальный флюс «Экораф - 3 1 1» для рафинирования вторичных алюминиевых сплавов от магния и первичных алюминиевых сплавов от других примесей щелочных и щелочноземельных металлов, таких как, натрий, литий и кальций

3 Теоретически и экспериментально доказана возможность очистки алюминия от лития до 1 ррш, от натрия - до 1 рргп в условиях российских заводов флюсом «Экораф - 3 1 1»

4 Внедрена в серийную технологию система рафинирования гранулированным флюсом «Экораф -3 1 1» с помощью установок инжек-ции «Rotojet» фирмы «HOESCH», RGI/RFI фирмы «STAS» и «PAL-FIF-50» фирмы Pyrotec с целью приготовления сплавов с низким содержанием ЩМ и ЩЗМ

5 Внедрено в производство рафинирование вторичных алюминиевых сплавов порошкообразным флюсом «Экораф - 3 11», позволившее снизить себестоимость рафинирования и сократить время плавок

6 Определены зависимости степени рафинирования от температуры, времени рафинировании, расхода флюса Полученные оптимальные параметры эффективного флюсового рафинирования рекомендованы для практического применения в заводских условиях

7 Рассчитаны энергии Гиббса для реакций взаимодействия флюсов с металлами-примесями в диапазоне температур от 500 до 1200 К, которые могут быть использованы как справочные данные при выборе и разработке флюсов другими исследователями Всего рассмотрено более 130 реакций взаимодействия ЩМ и ЩЗМ со фтористыми и хлористыми солями

8 Разработана технология грануляции флюсов, позволяющая производить гранулированные флюсы для инжекции флюса в расплав Определены основные параметры — вид связующего, время грануляции, фракционный состав, режимы сушки получаемого гранулята и тд С целью определения химического состава разработана методика измерения соотношения хлорида калия и фторалюмината калия в грануляте по плотности их водного раствора

9 Суммарный экономический эффект от использования флюса «Экораф — 3 1 1» на металлургических заводах за три года составил более 30 млн руб

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1 Примеси в алюминиевых деформируемых сплавах и комплексное рафинирование от них / Д В Пискарев, Д С Ульянов, А В Тихонов // Технология легких сплавов - 2004 - № 1

2 Пискарев Д В , Ульянов Д С , Тихонов А В Современное состояние использования флюсовых препаратов при плавке вторичных алюминиевых сплавов // Сб док 1-ой международ научно-техн конференции «Перспективы вторичной металлургии России взаимодействие, кадры, оборудование» - 2004

3 Гель В И , Пискарев Д В Экологически чистая технология модифицирования заэвтектических силуминов // Сб док XI международ конференции «Алюминий Сибири» - 2005

4 Пискарев Д В , Падалка А В , Кухаренко А В , Кузубов Д В Очистка алюминия от примесей щелочных и щелочно-земельных металлов на установке «Покуй» на ОАО «НкАЗ» // Технико-экономический вестник РУСАЛа - 2006 - № 15

5 Гель В И , Пискарев Д В , Родионов В Б Рафинирование и модифицирование алюминия и его сплавов с помощью современных методов п реагентов // Сб док III международной конференции «Рециклинг Алюминия».- 2006

6 Промышленное опробование покровно-рафинирующего флюсового препарата типа «Экораф» в ОАО «ВСМПО» Сухих А Ю , Ефремов В П, Тимохов С Н , Суслов Г А Пискарев Д В // Технология легких сплавов - 2006 - № 1

7 Промышленное опробование покровно-рафинирующего флюсового препарата типа «Экораф» в ОАО «ВСМПО» Сухих А Ю , Ефремов В П , Тимохов С Н , Суслов Г А Пискарев Д В // Технология легких сплавов - 2006 - № 2

Типография "П-Центр", заказ № 12, тираж 100 экз

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1.Рафинирование алюминиевых сплавов газами.

1.2. Флюсовые композиции для рафинирования алюминия от примесёй щелочных и щёлочноземельных металлов.

1.2.1. Флюсы на основе сульфатов.

1.2.2. Криолиты.

1.2.3. Флюсы на основе хлорида марганца.

1.2.4. Флюсы на основе гексахлорэтана.

1.2.5. Флюсы на основе фторсиликатов.

1.2.6. Флюсы на основе фтористого алюминия.

1.3. Комбинированные способы рафинирования.

1.4. Фильтрация.

1.5. Выводы по главе.

Глава 2. ТЕРМОДИНАМИКА ФЛЮСОВОГО РАФИНИРОВАНИЯ.

2.1. Стехиометрические расчёты по уравнениям реакций.

2.2. Расчет изменения функции Гиббса в химических реакциях.

2.3. Расчёт констант равновесий реакций.

Глава 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.

3.1. Составы флюсов для исследований.

3.2. Температуры плавления экспериментальных флюсов.

3.2.1. Методика измерений и оборудование.

3.2.2. Проведение измерений.

3.2.3. Обработка результатов.

3.2.4. Экспериментальные результаты.

3.3. Рафинирование алюминия от примесей ЩМ и ЩЗМ.

3.3.1. Схема эксперимента и методы анализа.

3.3.2. Влияние температуры на степень рафинирования.

3.3.3. Скорость вращения ротора.

3.3.4. Влияние расхода флюса на степень рафинирования.

3.3.5. Влияние конструкции ротора на степень рафинирования.

3.3.6. Выводы по главе.

Глава 4. ОТРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ В ЗАВОДСКИХ УСЛОВИЯХ.

4.1. Разработка технологии грануляции смеси фтористых и хлористых солей.

4.2. Методика измерения соотношения хлорида калия и фторалюмината калия в гранулированном флюсе по плотности их водных растворов.

4.3. Методика проведения эксперимента и оборудование.

4.4. Рафинирование вторичных алюминиевых сплавов от магния.

4.4.1. Плавки по серийной технологии.

4.4.2. Плавки с использованием флюса «Экораф - 3.1.1».

4.4.3. Выводы по экспериментальным данным рафинирования вторичных алюминиевых сплавов.

4.5. Рафинирование первичных алюминиевых сплавов.

4.6. Выводы по экспериментальным данным рафинирования первичных алюминиевых сплавов.

4.7. Расчёт экономической эффективности использования флюсового препарата «Экораф -3.1.1».

4.7.1. Использование флюсового препарата «Экораф - 3.1.1» во вторичной металлургии алюминия для рафинирования от магния.

4.7.2. Использование флюсового препарата «Экораф - 3.1.1» на алюминиевых заводах при производстве первичных алюминиевых сплавов.

4.7.3. Экономическая эффективность флюсового препарата «Экораф-3.1.1».

Все алюминиевые расплавы содержат примеси, которые могут присутствовать в растворённой или твёрдой форме (табл. 1). Особенно это относится к расплавам приготовляемым с использованием ломов, отходов и другого низкосортного сырья.

Основная газовая примесь - водород, который попадает в расплав во время реакций с влагой окружающей среды, с влажными загружаемыми материалами, из продуктов сгорания и т.п. Натрий, литий, кальций, тоже могут присутствовать в растворённом состоянии. Загрязнения в твердой форме, в виде включений, могут образовываться в расплаве во время плавления и хранения в жидком состоянии (эндогенные включения) или попасть в расплав снаружи (экзогенные включения). Большинство этих примесей оказывают многостороннее влияние на свойства металла.

Например, присутствие лития в алюминии принципиально улучшает литейные и прочностные свойства сплава. Тем не менее, в некоторых случаях может возникнуть известная проблема, так называемая «голубая коррозия», которая имеет место при производстве фольги или алюминиевых листов. Другие щелочные металлы, например натрий, приводят к горячеломкости, особенно в сплавах с магнием.

Отрицательное влияние имеют окислы, в основном оксид алюминия А1203, который, однако, так же может встречаться вместе в соединениях с другими окислами. Кроме окиси алюминия присутствуют так же окись магния MgO или смешанные окислы (шпинель) MgO А1203, а так же окислы других элементов легирования, например, двуокись кремния. Окисный огнеупорный материал вследствие истирания печной футеровки может попасть в расплав, причём речь идёт прежде всего о силикатах или других комплексных окислах, которые кроме того могут содержать натрий и кальций. Более редкими являются нитриды, которые могут образовываться, подобно окислам, в результате реакции расплава с атмосферой или при обработке азотом. Эти явления достаточно изучены, и для конкретных марок сплавов определены допустимые концентрации тех или иных примесей.

Кроме проблемы удаления примесей, не менее важной задачей является уменьшение шлакообразования, содержания алюминия в шлаке и предотвращение его окисления.

Для производственной практики важное место имеет как можно более быстрая и глубокая очистка расплава, включающая в себя удаление нескольких примесей одновременно, так называемое комплексное рафинирование. Для алюминиевых заводов, производящих алюминий и полуфабрикаты в первую очередь требуется очистка от натрия, лития, кальция и магния, переходящих в расплав в процессе электролиза. Особенно актуальна проблема повышенного содержание лития при использовании литийсодержащих электролитов, когда содержания лития в расплаве после электролиза равно 15 -25 ррт, а требуемый (коммерческий) уровень составляет 1 ррш. Для заводов-переработчиков ломов и отходов в марочные сплавы - это вызвано необходимостью удаления из расплава избытков магния и кальция с применением галогенидных флюсов (фтористый алюминий, криолит и т.д.) путём вмешивания или вдувания в ванну металла активных флюсов. Вопрос выбора способов рафинирования зависит, в основном, от целей, которые перед собой ставит предприятие и, зачастую, от квалификации технического персонала.

Таблица 1

Основные примеси алюминиевых сплавов

Элемент Происхождение Следствие и влияние на свойства сплава Способ удаления

1 2 3 4

Водород, Н2 Реакция с атмосферой и продуктами сгорания, сырые загружаемые материалы Газовая, газоусадочная, вторичная пористость; снижение механических свойств Продувка газами, флюсовое рафинирование, вакуумная обработка

Продолжение табл. 1

1 2 3 4

Литий, Li Электролит первичного алюминия, шихтовые материалы Склонность к окислению, голубая коррозия, снижение плотности, пластичности, увеличение микропористости Обработка газами, флюсовое рафинирование, угольное фильтрование

Натрий, Na Электролит первичного алюминия, взаимодействие с солями Склонность к окислению, увеличение усадки, микропористости, газонасыщенности, снижение механических свойств

Кальций, Са Электролит первичного алюминия, взаимодействие с солями, реакция с огнеупорами Склонность к окислению, увеличение усадки, пористости, снижение механических свойств и коррозионной стойкости

Оксиды А120з, MgO; Реакция с атмосферой Снижение механических свойств и жидкотекучести, образование расслоений, газовой пористости, повреждение и износ инструментов при обработке Флюсовое рафинирование, фильтрование, обработка газами, отстаивание шпинель А1203 MgO, Карналлит

Нитрид A1N обработка азотом силикат CaSi03, алюминат СаА1204, эрозия огнеупоров карбиды SiC, TiC, А14С лигатуры, реакция с углеродом, первичный алюминий лигатуры, реакция в расплаве при неблагоприятном составе сплава

Интерметаллиды Al3Ti, Al3Zr, AlTiZr

Актуальность работы

Актуальность проблемы заключается в разработке и необходимости новых флюсовых композиций и способов их эффективного использования для удаления из алюминия и его сплавов лития, натрия, кальция и магния в связи с тем, что существующие способы рафинирования имеют следующие недостатки: большой удельный расход активного реагента, большое шлакообразование в процессе рафинирования и большую стоимость, отсутствие аналогов гранулированного флюса российского производства для установок инжек-ции.

Цель работы

Целью работы является разработка эффективной технологии глубокого рафинирования алюминия и его сплавов от примесей щелочных и щёлочноземельных металлов (ЩМ и ЩЗМ) с помощью новых флюсовых композиций. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. По литературным источникам провести сравнительный анализ методов флюсового рафинирования алюминия и его сплавов.

2. Провести расчеты энергий Гиббса реакций взаимодействия флюсов с щёлочными и щёлочно-земельными металлами (ЩМ и ЩЗМ).

3. Провести экспериментальные исследования рафинирующих свойств известных и новых флюсов для очистки от примесей ЩМ и ЩЗМ.

4. На основании термодинамических расчетов и экспериментальных исследований разработать новые флюсовые композиции и определить их физические свойства.

5. Провести исследование процесса грануляции флюсов в опытно- промышленных условиях. Разработать и освоить технологию грануляции смеси фтористых и хлористых солей.

6. Провести опытно-промышленные испытания разработанной технологии в условиях алюминиевых заводов и заводов вторцветмета (ВЦМ).

Методы исследования

В процессе проведения исследований разработаны и изготовлены стенд для определения температуры плавления флюсов и стенд с импеллером на базе тигельной электропечи для определения степени рафинирования флюсов. Термодинамические расчёты протекания хода реакций проведены при помощи программы термодинамического моделирования «ИВТАНТЕРМО» разработки Термоцентра им. В. П. Глушко РАН. Измерения оборотов вращения ротора проводились с помощью цифрового тахометра АКТАКОМ -6001. Определение химического состава алюминия до и после рафинирования проводилось на спектрометре ARL 3660. Определение фазового состава проводились на дифрактрометрической системе «X1 Pert Pro» компании Philips.

Научная новизна

1. Рассчитаны энергии Гиббса в диапазоне температур от 500 до 1200 К более 130 реакций окисления ЩМ и ЩЗМ фтористыми и хлористыми солями, что позволило сделать правильный прогноз о возможности рафинирования тем или иным реагентом и выбрать правильное направление дальнейших исследований.

2. Получены новые соотношения технологических параметров процесса грануляции флюсов. Гранулированные флюса необходимы для установок инжекции флюса в расплав.

3. Разработана и предложена упрощённая методика измерения соотношения хлорида калия и фторалюмината калия в гранулированном флюсе по плотности их водных растворов, что позволяет просто и недорого определять химический состав гранулированного флюса в производственных условиях.

4. Для определения функциональной способности флюсов определены температуры плавления новых флюсовых композиций.

5. Теоретически и экспериментально доказана возможность очистки алюминия от лития до 1 ррш, от натрия - до 1 ррш, что позволит производить сплавы с более высокой продажной ценой.

Практическая значимость работы

1. На основе фторалюмината калия разработан новый универсальный флюс марки «Экораф - 3.1.1» для рафинирования вторичных алюминиевых сплавов от магния и первичных алюминиевых сплавов и от других примесей щелочных и щёлочно-земельных металлов, таких как, натрий, литий и кальций.

2. Определены рациональные параметры технологии инжекции флюсов в расплав (расход флюса, время, температура расплава и т.д.) в промышленных условиях. Технология инжекции гранулированного флюса «Экораф - 3.1.1» введена в серийную технологию на заводах компании «РУСАЛ» и «СУАЛ».

3. Разработана технология грануляции флюсов.

4. Для рафинирования алюминиевых сплавов от магния на ряде предприятий ВЦМ введён в серийную технологию флюс «Экораф - 3.1.1» взамен криолитов натрия и фтористого алюминия. В отличии от раннее используемых криолита и фтористого алюминия технология рафинирования флюсом «Экораф - 3.1.1» не предполагает использования хлористых солей, расход флюса на 1 кг/магния составил 6 - 7 кг на концентрациях более 0,7 %, 10 кг на концентрациях до 0,3 % и 14 кг на концентрациях до 0,1 %.

5. Суммарный экономический эффект от использования флюса «Экораф -3.1.1» на различных металлургических заводах за три года составил более 30 млн. руб.

Разработанные технологии и флюс внедрены на 3-х заводах первичного алюминия, на 3-х заводах вторичных алюминиевых сплавов и на 2-х металлургических заводах.

Апробация работы

Материалы диссертационной работы докладывались на 1-ой международной научно-технической конференции «Перспективы вторичной металлургии России: взаимодействие, кадры, оборудование» в 2004 г, на XI международной конференции «Алюминий Сибири - 2005» и на Ш-ей международной конференции «Рециклинг Алюминия - 2006».

Публикации

Материалы диссертации опубликованы в 7 печатных работах.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Показана необходимость разработки эффективной технологии глубокого рафинирования алюминия и его сплавов от примесей щелочных и щёлоч-но-земельных металлов (ЩМ и ЩЗМ) с помощью новых флюсовых композиций.

2. Разработан новый универсальный флюс «Экораф - 3.1.1» для рафинирования вторичных алюминиевых сплавов от магния и первичных алюминиевых сплавов от других примесей щёлочных и щёлочноземельных металлов, таких как, натрий, литий и кальций.

3. С целью внедрения в серийную технологию системы рафинирования гранулированным флюсом «Экораф -3.1.1» с помощью установок инжекции теоретически и экспериментально доказана возможность очистки алюминия от лития до 1 ррш, от натрия - до 1 ррш в условиях российских заводов.

4. Внедрена в серийную технологию система рафинирования гранулированным флюсом «Экораф -3.1.1» с помощью установок инжекции Rotojet фирмы «HOESCH», RGI/RFI фирмы «STAS» и «PAL-FIF-50» фирмы Pyrotec с целью приготовления сплавов с низким содержанием ЩМ и ЩЗМ.

5. Внедрено в серийную технологию рафинирование вторичных алюминиевых сплавов порошкообразным флюсом «Экораф - 3.1.1» с целью снижения себестоимости рафинирования, сокращения времени плавки и получения экономического эффекта.

6. Определены зависимости степени рафинирования от температуры, времени рафинировании, расхода флюса. Полученные оптимальные параметры эффективного флюсового рафинирования, рекомендованные для практического применения в заводских условиях.

7. Рассчитаны энергии Гиббса для реакций взаимодействия флюсов с металлами-примесями в диапазоне температур от 500 до 1200 К, которые могут быть использованы как справочные данные при выборе и разработке флюсов другими исследователями. Всего рассмотрено более 130 реакций взаимодействия ЩМ и ЩЗМ со фтористыми и хлористыми солями.

8. Разработана технология грануляции флюсов, позволяющая производить гранулированные флюсы для инжекции флюса в расплав. Определены основные параметры - вид связующего, время грануляции, фракционный состав, режимы сушки получаемого гранулята и т.д. С целью определения химического состава разработана методика измерения соотношения хлорида калия и фторалюмината калия в грануляте по плотности их водного раствора.

9. Суммарный экономический эффект от использования флюса «Экораф -3.1.1» на металлургических завода за три года составил более 30 млн. руб.

1. А.с. 13456442 СССР, кл. С22 В9/10.

2. Taylor М.В. // Which method to choose for Alkaline reduction? Either in ther pot room crucible or in the Cathouse?, LM-02-877

3. Martin B. Taylor et al // Recent Experience with the Alcan Compact Degas-ser in Billet and Continuous Casting, Light Metals, 2000.

4. Guy Beland et al, Rotary Flux Injection: Chlorine-Free Technique for FurnacePreparation, Light Metals, 1998.

5. Jean-Francois Bilodeau et al, Modeling of Rotary Injection Process for Molten Aluminum Processing, Light Metals, 2001

6. Шато Ж.М.// Цветные металлы.- 2001.- № 9-10

7. Волкер Д., Скот С.// Цветные металлы.- 2001.- № 9 10.

8. А.с. 962327 СССР, кл. С22В21/06.

9. А.с. 1705385 СССР, кл. С22В9/10.

10. А.с. 1617024 СССР, кл. С22В21/06.

11. Шретер В., Лаутеншлегер К.-Х., Бибрак X. Справочник Химия М.: Химия, 2000.

12. Клаус Кроне. Рециклинг алюминия: от исходного материала до готового сплава. М.: АСТШ, 2003.

13. Худяков И. Ф., Дорошкевич А. П., Карелов С. В. Металлургия вторичных цветных сплавов, М. Металлургия, 1987

14. Курдюмов А. В., Григорьев Г. А., Инкин С. В. // Известия вузов. Цветная металлургия.-1974.-№ 4.

15. А.с. 875312 СССР, кл. С22 В9/10.

16. Пат. 3649247 США, кл. 75 68.

17. Курдюмов А. В., Инкин С. В., Чулков В. С. // Технология лёгких сплавов.-1977.-№ 12.

18. Инкин С. В. Исследование роли поверхностных явлений в процессах очистки алюминиевых сплавов от неметаллических включений флюсами и разработка составов флюсов: Автореф. Канд. дис.- М.: МИСиС, 1977.

19. Курдюмов А. В., Инкин С. В., Чулков В. С., Шадрин Г. Г. Металлические примеси в алюминиевых сплавах.-М.: Металлургия, 1988.

20. А.с. 960287 СССР, кл. С22 В 9/10.

21. А.с. 1033563 СССР, кл. С22 В 9/10.

22. Липницкий А. М., Морозов И. В., Яценко А. А. Технология цветного литья.-Л.: Машиностроение, Ленинградское отд-ние, 1986.

23. Иванов В. Н. Словарь-справочник по литейному производству. 2-е изд. перераб. и доп.-М.: Машиностроение, 2001.

24. А.С. 1535037 СССР, кл. С22 В21/06.

25. Ларионов Г. В. Вторичный алюминий. М. Металлургия, 1967.

26. Курдюмов А. В., Инкин С. В., Чулков В. С., Графас Н. И. Флюсовая обработка и фильтрование алюминиевых расплавов.-М.: Металлургия, 1980.

27. А.С. 330763 СССР, кл. С22 В9/10.

28. А.с. 1673620 СССР, кл. С22 В9/10.

29. Пат. 3436212 США, кл. 75 68.

30. Инкин С.В., Курдюмов А.В., Федосов А.С. и др. // Цветные металлы. 1986.-№2.31. Пат. 3305351 США.

31. Пер. Г. Странд. Система тигельного металла Hycast RAM // Aluminium today.-2000.-№ 11.

32. В. Rasch, Е. Myrbostand, К. Hafsas, Refining of potroom metal using the Hydro RAM Crucible Fluxing Process // TMS Light metals, 1998

33. Попов Ю.Н., Adkins M., Bauer R., Burkhardt M. Экономическая эффективность литиевых электролитов с учётом очистки алюминия от лития и других примесей. // Сборник докладов IX Международной Конференции «Алюминий Сибири 2003».

34. Luchinger J., Willemin G. MINT a New System for the On - Line Treatment of Liquid Aluminium // Rev. Alum.-1981.-Oct., (510)36. Пат. 3528801 США.

35. Richards N.// Международ, семинар по использованию модифицированных литием электролитов в алюминиевой промышленности. Москва, 2000

36. Taylor M.B. // Which method to choose for alkaline reduction? Either in the pot room crucible or in the casthouse? // Light Metals.-2002.

37. Martin B. Taylor et al. Recent Experience with the Alcan Compact Degas-ser in Billet and Continuous Casting // Light Metals.-2000.

38. Серж Фриц. Фторид лития, как добавка к электролиту экономически выгодная очистка алюминия от лития // Алюминий Сибири,- 2003.

39. Гурвич JI.B., И.В. Вейц, Медведев В.А. и др. Термодинамические свойства индивидуальных веществ. Справочное издание: в 4-х т. 3-е изд., перераб. и расширен. - М.: Наука, 1982.

40. Gurvich, L.V., Veitz, I.V., et al. Thermodynamic Properties of Individual Substances: Fourth edition in 5 volumes.- NY: Hemisphere Pub Co, 1989.-L., Vol. 1 in 2 parts, etc.

41. Janaf Thermochemical Tables (Third Edition) // J. Phys. Chem., Ref. Data.-1985.- Vol.14.- Suppl. No.l.

42. Жуховицкий A.A., Шварцман JI.A. M. Краткий курс физической хи-мии.-М.:Металлургия, 1979.

43. Карапетьянц М.Х. Химическая термодинамика: 2-е изд., перераб. и доп. JL: Госхимиздат, 1952.46. http://www.rubricon.com47. http://www.himservice.ru

44. NIST Chemistry WebBook: http://webbook.nist.gov

45. Классен П.В., Гришаев И.Г. Основы техники гранулирования. М.: Наука, 1982.

46. Исследование, разработка и внедрение новых технологических процессов в металлургии свинца и цинка: Сб. трудов ин-та ВНИИцветмет.-1976.-№ 26.