автореферат диссертации по металлургии, 05.16.04, диссертация на тему:Разработка технологии термофлюсового переплава стружки алюминиевых сплавов с повышенным содержанием железа

На правах рукописи УДК 669.054.8:669.714.004.8

РГБ ОМ

1 мп

СКИТОВИЧ Светлана Вадимовна

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ТЕРМОФЛЮСОВОГО ПЕРЕПЛАВА СТРУЖКИ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ С ПОВЫШЕННЫМ СОДЕРЖАНИЕМ ЖЕЛЕЗА

Специальность 05.16.04-литейное производство

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Владимир 2000

Работа выполнена во Владимирском государственном университете на кафедре "Литейные процессы н конструкционные материалы".

Научный руководитель - заслуженный деятель науки и техники

Российской Федерации, доктор технических наук, профессор В.А. Кечин

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

В.Д. Белов;

кандидат технических наук A.M. Рабинович

Ведущее предприятие - ОАО "Владимирский электромоторный завод"

Защита состоится "29" июня 2000 г. в 14.00 час. в аудитории 211-2 на заседании диссертационного совета Д063.65.03 Владимирского государственного университета по адресу: 600000 ул. Горького, 87.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Владимирского государственного университета.

Автореферат разослан "Д fc " ^aaCuSL 2000 г. -

Ваш отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный печатью, присылать по указанному адресу на имя ученого секретаря диссертационного совета.

Учёный секретарь диссертационного совета кандидат технических наук. ^Z^f^^ доцент A.B. Панфилов

КШ. /9- 6t. о

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Изготовление деталей машиностроения из алюминиевых сплавов неизбежно связано с образованием определенного количества отходов. Преобладающая часть вторичного алюминиевого сырья (35-40 %) в настоящее время представлена стружкой различных марок сплавов. Поскольку технологические процессы ее переработки существенно отличаются от переработки других видов вторичного сырья, стружку следует рассматривать как особую гругту, которую необходимо выделять из общего потока и перерабатывать отдельно.

Сравнение качественных характеристик алюминиевых сплавов, полученных в результате переплава стружки по известным технологиям, с характеристиками их первичных аналогов свидетельствует, что они значительно уступают по содержанию газов, неметаллических включений и металлических примесей, особенно железа. Основное преимущество большинства известных технологий переплава стружки - их высокая производительность, необходимая в условиях крупномасштабных производств или специализированных предприятий Вторцветмета. Однако качество получаемого при этом металла не позволяет использовать получаемые сплавы для производства отливок без дополнительного рафинирования металлического расплава. При этом потери металла в процессе плавки могут достигать 20 - 50 %.

Поэтому проблема разработки эффективных энергоресурсосберегающих технологий переплава стружки алюминиевых сплавов, позволяющих получать качественный металл в одном переделе при минимальных потерях, является актуальной.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с научно-технической программой Министерства образования РФ "Новые ресурсосберегающие металлургические технологии", 1996- 1999 гг.

Целью работы является разработка эффективного технологического процесса переплава стружки алюминиевых сплавов, обеспечивающего получение металла высокого качества по содержанию неметаллических включений и газов, а также совершенствование процесса рафинирования вторичных алюминиевых сплавов от примеси железа.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

- разработать механизм и основные параметры процесса переплава стружки алюминиевых сплавов на основе сравнительного анализа известных технологий;

- исследовать процессы, протекающие при переплаве стружки в объеме солевого расплава;

- исследовать процесс насыщения алюминиевых расплавов железом при переплаве стружки;

- изучить процесс образования, роста и седиментации железосодержащих фаз в алюминиевых сплавах с повышенным содержанием примеси железа:

- установить технологические режимы эффективного рафинирования алюминиевых сплавов от примеси железа при термофлюсовом переплаве с использованием марганецсодержаших соединений;

- разработать технологические процессы термофлюсового переплава стружки алюминиевых сплавов с повышенным содержанием железа и выбрать рациональные составы флюсовых композиций.

Научная новизна работы:

- представлен сравнительный теоретический анализ, разработаны механизм и основные параметры процессов переплава стружки алюминиевых сплавов в различных средах;

- установлены основные закономерности взаимодействия алюминиевой стружки с солевым расплавом, показано, что эффективность процесса термофлюсового переплава определяется рафинирующей и абсорбционной способностями флюсовых композиции и их термической устойчивостью;

- выявлены закономерности процессов образования, роста и седиментации железосодержащих фаз в алюминиевых расплавах;

- предложен механизм процесса рафинирования алюминиевых расплавов от примеси железа при термофлюсовом переплаве с использованием марганецсодержащих соединений.

Практическая ценность. Разработана и в настоящее время находится на стадии промышленной апробации технология термофлюсового переплава стружки алюминиевых сплавов с повышенным содержанием примеси железа. Технология позволяет за один передел получать из низкосортной стружки чистые по неметаллическим включениям и газам (0-1 балл пористости) алюминиевые сплавы. Разработана комплексная методика

-з-

выбора флюсовых композиций для термофлюсового переплава стружки алюминиевых сплавов. Разработан технологический процесс рафинирования алюминиевых сплавов от примеси железа с использованием марганец-содержащих флюсовых композиций.

Реализация результатов работы в промышленности. По результатам теоретических и экспериментальных исследований разработана технология переплава стружки алюминиевых сплавов. Опытно-промышленная апробация технологии переплава стружки сплава АК5М7 в условиях ОАО «Владимирский тракторный завод» показала, что данная технология позволяет получать из низкосортной стружки за один передел сплав, отвечающий требованиям стандарта. Ожидаемый экономический эффект от переплава 1 т стружки составляет = 10 тыс. руб. (по ценам 1999 года). В настоящее время технология находится на стадии внедрения.

Апробация работы. Основные результаты работы доложены и обсуждены на II, III и IV съездах литейщиков России (Ульяновск, 1995; Владимир, 1997; Москва, 1999); на научно-практической конференции "Актуальные проблемы переработки лома и отходов цветных сплавов" (Владимир, 1997); международном семинаре-выставке "Современные материалы, технологии, оборудование и инструмент в машиностроении" (Киев, 1999); научно-технической конференции "Теория и технология литейных сплавов" (г. Владимир, 1999), а также на научно-технических конференциях ВлГУ в период с 1995 по 1999 гг. (Владимир).

В рамках региональной научно-технической программы по теме диссертации выполнены совместные исследования с ОАО "Владимирский тракторный завод".

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 6 статей в центральных научно-технических журналах и научных сборниках, а также 9 тезисов докладов. Получено 3 положительных решения на заявки о выдаче патента на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и общих выводов. Диссертация изложена на 157 страницах машинописного текста и содержит 48 рисунков, 16 таблиц, а также список литературы из 119 наименований и приложение.

Личнын вклад автора. В работе представлены результаты, полученные автором самостоятельно под общим научным руководством д-ра техн. наук, профессора В.А. Кечина. Теоретическую часть работы по выбору направлений и анализу результатов консультировал канд. техн. наук доцент В.Н. Шаршин.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении изложена общая характеристика работы, обоснована актуальность и сформулирована цель проведения исследований, показаны научная новизна и практическая ценность работы.

В первой главе проведен анализ современных достижений в области переплава стружки алюминиевых сплавов. Установлено, что многообразие существующих технологий переработки стружки определяется, в основном масштабами переплавного производства - от мелких фирм до специализированных заводов вторичной металлургии и соответственно, объемом переплавляемой стружки; наличием действующего плавильного оборудования и вспомогательных материалов, а также уровнем требований, предъявляемым к получаемым сплавам. Представлена характеристика состояния поверхности стружки и проведен анализ кинетики ее окисления. Показаны основные проблемы переработки стружки алюминиевых сплавов, связанные с высокоразвитой площадью поверхности, наличием загрязнений, СОЖ и металлических железосодержащих приделок. Достигнутый металлургический выход годного металла при переплаве стружки в значительной мере зависит от ее гранулометрического состава и при снижении крупности менее 3 мм не превышает 65 - 75 %.

Все известные технологии переплава стружки предусматривают использование флюсов для рафинирования полученного металла от газов и неметаллических включений. Дана оценка эффективности наиболее известных флюсовых систем, применяемых при переплаве стружки и для обработки алюминиевых сплавов. Выполнен анализ состояния вопроса в области взаимодействия железа с алюминиевыми сплавами, поскольку существующие технологии не препятствуют, а иногда и способствуют насыщению расплава примесью железа (до 2 - 3%). Рассмотрены основные направления и методы рафинирования алюминиевых сплавов от примеси же-

леза. Установлено, что наиболее эффективным является кристаллизационный способ с применением присадки марганца.

В результате проведенных литературных и патентных исследований известных технологических процессов переплава стружки алюминиевых сплавов было установлено, что все многообразие технических решений принципиально сводится к двум основным схемам: переплаву стружки в жидкометаллической панне ("на болоте") и переплаву стружки в среде расплавленного флюса.

Во второй главе представлены результаты сравнительного теоретического анализа процесса переплава стружки в различных средах. Составлено представление о механизме процесса переплава стружки алюминиевых сплавов, включающее 4 основные стадии: смачивание поверхности стружки, разрушение оксидной плены, отделение оксидной оболочки от расплавленного металла и коалесценцию капель алюминия. Целью анализа являлось определение основных преимуществ и недостатков известных технологических процессов и разработка на этой основе оптимальной технологии переплава стружки алюминиевых сплавов.

Интенсивность процесса смачивания поверхности стружки флюсовым или металлическим расплавом оценена количеством выделяемой при этом энергии. Изменение удельной свободной поверхностной энергии составит

AG[-VJ = - (Op.r-cos©OK.p+ ДОок-кадо) Si + V 'AGptlm,, (1)

I

где Gp.r - поверхностная энергия расплава на границе с газом: 0ОК.Р - равновесный краевой угол смачивания расплавом идеально гладкой окисленной твердой поверхности стружки; Даок-гсио - уменьшение межфазной энергии поверхности стружки, обусловленное адсорбцией молекул расплава: AGP - парциальное изменение гообарно-изотермического потенциала химической реакции; dms - количество прореагировавшего вещества с единицей поверхности стружки.

С учетом того, что величина краевого угла смачивания полнкристал-лической АЬОз жидким алюминием до 880 °С составляет 150 - 160°, удельная поверхностная энергия при взаимодействии алюминиевого расплава с поверхностью стружки при температурах до 880 °С имеет положительные значения и. следовательно, смачивания в системе не происходит.

Прн увеличении температуры до 950 °С и выше положение кардинально меняется вместе с изменением угла ©ai-ai203 ДО 50 - 80 При переплаве стружки в среде флюсового расплава диапазоны углов 0ок.фл находятся в пределах 25 - 30 т.е. cos©ÜK.,lu - величина положительная, следовательно, при любых услосиях процесса всегда будет происходить самопроизвольное смачивание поверхности стружки. Скорость растекания флюсового и металлического расплавов по поверхности стружки рассчитывали по формуле

у=(Ь/т1)[Да(д) ГЦ, (2)

где h - толщина жидкого слоя; т| - козффициеет кинематической вязкости флюсового расплава; Дои) - движущая сила смачивания; ©'ик.р - динамический угол смачивания, равный в первоначальный момент 180°; L - периметр смачивания.

Согласно полученным данным, максимальная движущая сила процесса при плавке "на болоте" в интервале температур до 880 - 900 °С составляет До(д|А1 = 51,26 мН/м. При переплаве стружки в среде флюса состава, %: 45 NaCl, 45 KCl, 10 Na3AlF6 при тех же условиях Да(д) = =272,12 мН/м. С учетом того, что вязкость расплавов в обоих случаях при данных температурах приблизительно равна (Hai ~ 1,4 мПа-с, гц, « 1 мПа-с), скорость растекания флюса по поверхности стружки будет более чем в 7 раз выше, чем скорость растекания алюминиевого расплава. Поскольку скорость растекания определяет производительность процесса, значительно более высокой производительности следует ожидать при переплаве стружки в среде флюса.

Установлено, что нарушение сплошности оксидной пленки на поверхности стружки определяется совокупностью двух процессов: термического расширения металла, находящегося в оксидной оболочке, и адсорбционного понижения прочности вследствие физико-химического воздействия среды.

Эффективность воздействия флюсового и металлического расплава на процесс образования микротрещин, выраженная через коэффициент эффективности N, составляет: ЫфЛ = 1,13 - 1,15, N(A|, = 0,565.

С \ четом того, что превращение равновесной микротрещины длиной в неравновесную макротрещину происходит в том случае, когда растягивающее напряжение Рс достигает критического значения, относительное изменение значения нормальной составляющей критического напря-

жения Рс предложено рассчитывать по формуле

Рс(фя/Рс(г)= Рс(фл/Рс(А|)= (<W~ Офл-г ' СО50ок.ф,)/

Сок-г 1/N. (3) Расчетные значения Рс для переплава стружки в среде алюминиевого расплава (Р^м/ Рс(г> = 1,769) в сравнении с переплавом стружки в среде криолитсодержащих флюсовых композиций на основе NaCl - KCl при температуре 740 °С (P^)/Pc(r)= 0,867 - 0,882) показывают, что снижение свободной поверхностной энергии на границе окисленной поверхности алюминиевой стружки при контакте с расплавом флюса существенно облегчает развитие микротрещин и их перетекание в макроскопические трещины разрушения, в то время, как при переплаве стружки в объеме алюминиевого расплава развитие микротрещин, наоборот, затрудняется.

Изменение удельной свободной энергии АСш'д при отделении оксидной пленки с учетом соотношения Юнга представлено в работе как

AGurJ = аме.р (SEÄP + cos©Me-oK(p)), (4)

где S^n - площадь поверхности капли расплавленного металла.

Для самопроизвольного процесса ДО(1г д < 0 или SKan<- ScrpCosQue^p), т.е. обязательным условием осуществления процесса является ограниченное смачивание или отсутствие смачивания в системе металл - оксидная пленка, характеризующееся равновесным углом 90° < 0vc,)K(pj < 180°.

При ограниченном смачивании металлом оксидной поверхности стружки (©„с-окда > 90°) равновесной формой поверхности образующейся капли металлического расплава будет сфера. Поскольку все рассуждения относятся именно к равновесным условиям, будем считать конечной формой поверхности капли сферу. Учитывая, что при образвании сферической капли SKan = (4,836-K-Scrp-h)2/3, где h - толщина стружки для среднестатистической стружки толщиной 0,5 мм получим

1,918-км (¡/(S^)"3) < -со50ме^ф), (5)

Согласно (5) выход годного металла при переплаве стружки прямо пропорционален величине смачиваемости в системе, характеризуемой cos©Me^K(,),). Из неравенства (5) также следует, что особенно при переплаве мелкой стружки (S^, -» min) необходимо создавать условия, при которых -S-cos©Me_OK(l(,) —> - I.

В соответствии с полученными расчетными данными область возможных значений величины смачиваемости cos©,,^^,),) будет находиться в пределах

l,918-K(l/(StTp)'/3) < - cos©

<-1, (6)

где к - коэффициент пропорциональности, численно равный выходу годного металла при переплаве единичной стружки.

При переплаве стружки в среде расплавленного флюса равновесный краевой угол смачивания ©ме-ощ.и Для большинства композиций в интервале рабочих температур процесса составляет 165 - 178° и при увеличении температуры неизбежно возрастает. Таким образом, создаются наиболее благоприятные условия для самопроизвольного отделения оксидной пленки и, следовательно, эффективного протекания процесса.

При переплаве стружки в средс жидкого алюминиевого сплава понятие отделения оксидной оболочки от образующейся капли металла теряет смысл. С точки зрения термодинамики в системе в целом изменений не происходит. При этом в случае 0мс-ок1ме) -> 180°, что осуществимо при температурах 800 - 850 °С, алюминиевый расплав отторгает оксидную пленку, которая всплывает на зеркало металла и образует сухой шлак. При увеличении температуры выше 950 - 1000 °С значение краевого угла смачивания резко изменяется. Оксидные плены накапливаются в поверхностных слоях расплава и для их отделения необходимо использовать флюсовое рафинирование.

Термодинамика процесса коалесценции капель представлена следующим выражением:

ÄGivya = AS/SKan (сгме.фл cos ©Чс-ок(фл>), (7)

где AS - изменение поверхности капель при слиянии.

Анализ этого выражения показывает, что необходимо применять флюсовые композиции, обладающие максимально возможным межфазным натяжением на границе металл - флюс омг.фЛ и обеспечивающие минимальную смачиваемость оксидов металлом в среде флюса •'©мс-ок(фл) —* 180 Коалесценция капель металла при переплаве стружки в жидкометаллической ванне происходит чрезвычайно медленно, что объясняется прежде всего формированием вторичной оксидной пленки на поверхности образующихся капель металла со значительной величиной работы адгезии к расплавленному алюминию - 111 мДж/м\ а также повышенной вязкостью образующейся суспензии. При этом потери металла со шлаком достигают 10 - 40%. Скорость коалесценции при переплаве стружки в среде расплавленного флюса значительно увеличивается за счет существенного снижения работы адгезии металла к оксидной пленке в среде флюса (до 8 мДж/м") и существенного снижения вязкости системы.

Таким образом, на основании проведенных теоретических исследований установлено, что для предотвращения загрязнения металлического расплава неметаллическими включениями при переплаве стружки необходимо: процесс переплава производить только в объеме расплавленного флюса; не допускать попадание влаги в объем флюсового расплава; предотвращать контакт и тем более замешивание вновь загружаемой стружки в алюминиевый расплав; посредством ввода во флюсовой расплав актив-пых добавок (например, фторидов) предотвращать образование субоксидов алюминия на поверхности образующихся капель металла; создавать условия, способствующие выводу образующихся оксидных плен из зоны контакта алюминиевой стружки с флюсом на зеркало расплава.

Кроме этого представленные в работе данные позволяют сделать еще один важный для практики переплава стружка и не соответствующий общепринятому мнению вывод: степень окисления шихты перед плавкой не влияет на степень загрязнения получаемого металла неметаллическими включениями.

В третьей главе на основании проведенных теоретических исследований разработана технология термофлюсового переплава (ТФП) стружки алюминия и его сплавов. Сущность технологии заключается в том, что плавление стружки осуществляется в объеме жидкого флюса, где происходит отделение неметаллических включений и газов, а образующийся при этом металлический расплав накапливается на дне тигля. Стружку засыпают в приемное устройство, погруженное в солевой расплав. В процессе плавления стружки оксиды и другие неметаллические включения адсорбируются жидким флюсом, а образующиеся капли расплавленного металла опускаются на дно тигля, где, накапливаясь, образуют массу расплава. Неметаллические включения - оксиды, продукты сгорания масел и СОЖ, имеющие относительно малый удельный вес, всплывают на зеркало флюса. Металлический расплав, накопленный в нижней части тигля, выдерживают в течение 15 - 45 мин для завершения процессов седиментации и разливают в изложницы. Крупные ферромагнитные приделки, присутствующие в шихте, задерживаются в приемном устройстве и периодически удаляются.

Исходя из сущности процесса переплава, сформулированы основные требования, предъявляемые к флюсам для ТФП стружки, и определены критерии оценки эффективности флюсовых композиций, а именно,

флюс должен обладать: 1) высокой адсорбционной и рафинирующей способностью, т.е. способностью смачивать и отделять от металла оксидные плены; 2) высокой абсорбционной способностью, т.е. способностью поглощать и накапливать в своем объеме оксидные включения без существенной потери рафинирующей способности; 3) значительной термической устойчивостью и сохранять рафинирующую способность в течение длительного промежутка времени; 4) иметь минимальную гигроскопичность и плотность, а также низкую вязкость в интервале рабочих температур переплава; 5) легко отделяться от металлического расплава и не содержать по возможности в своем составе дорогих и дефицитных компонентов.

На основании анализа различных составов флюсовых композиций в соответствии с вышеизложенными требованиями установлено, что оггги-мальным составом для основы флюса служит эквимольная смесь галоидных солей NaCl - KCl. В качестве активных добавок выбраны NajAlF6, CaF2, Na2SiF6, а также Н2В03, Na2B407, Na2C03, Na2S04, СаС03.

С целью определения пригодности того или иного состава флюса для использования при термофлюсовом переплаве алюминиевой стружки была разработана методика комплексного исследования флюсовых композиций, включающая изучение рафинирующей и абсорбционной способности флюса, а также его термической устойчивости. Кроме того, по специально разработанной методике проведены исследования процесса взаимодействия флюсовых композиций с оксидной поверхностью стружки.

Рафинирующую способность флюсовых композиций определяли по результатам изучения зависимости выхода годного металла при термофлюсовом переплаве стружки от состава используемого флюса. Выход годного оценивали по эффективности отделения оксидных плен и слиянию корольков металла в слиток. Полученные результаты подтвердили ранее известные данные о том, что наилучшей рафинирующей способностью обладают флюсовые композиции с активными добавками Na3AlFf„ CaF2 и Na2SiF6.

Изучение абсорбционной способности флюсов проводили по методике, близкой к процессу термофлюсового переплава с использованием стружки сплава АК5М7 и порошка химически чистого оксида алюминия А1203. Под абсорбционной способностью флюса понимали возможность накапливать в своем объеме оксидные включения без существенной потери рафинирующих свойств. Установлено, что содержание во флюсе до 30 % АЬОз не оказывает заметного влияния на рафинирующую способ-

ность исследуемых флюсовых композиций. Вместе с тем при лабораторных и опытно-промышленных испытаниях процесса термофлюсового переплава стружки с влажностью 4 - 8 % обнаружено снижение рафинирующей способности при 12-17 %-ном содержании шлаковой фазы, что свидетельствует об отрицательном влиянии влаги, присутствующей в стружке. Протекание реакций типа А1Р3 + ЗРЬО = А1(ОН)э + ЗНР {способствует потере активных фторидных комплексов.

Исследования термической устойчивости флюсов проводили на основе анализа данных о потере массы флюсовых расплавов в процессе их выдержки. Установлено, что при выдержке флюсовых расплавов в течение 1 часа потери во всех случаях не превышают 2 - 5%, что позволяет использовать наиболее подходящие по вышеперечисленным критериям, в частности, обладающие наилучшей рафинирующей способностью флюсовые композиции на основе КаС1 - КС1 с активными добавками ИазАШб и СаБз.

При изучении физико-химической природы взаимодействия в системе металл - флюс - оксидная пленка (включение) использовали специально приготовленные образцы алюминиевых пластин с естественной оксидной пленкой и различной степенью обработки поверхности (обжиг при температуре 500 °С в течение трех часов; обезжиривание ацетоном; обработка трансформаторным маслом с последующим обжигом при 250 ° С в течение трех часов; обработка трансформаторным маслом с последующей сушкой на воздухе в течение суток; обработка 5 % - ным раствором КОН) и флюсовые композиции на основе ИаС1 - КС1 (I : 1) с добавками 5 % №3А1Р6, 10 % Ма3А1Р6, 10 % СаР2. Установлено, что наиболее полное смачивание и отделение металла от оксидной поверхности происходит в случае применения флюсов с 10 %-ной присадкой фторидов практически при любом состоянии оксидной поверхности образцов.

Таким образом, на основании анализа результатов исследований сделан вывод о том, что наиболее рациональным составом флюса для переплава стружки алюминиевых сплавов, удовлетворяющим всем вышеперечисленным условиям, является композиция, состоящая из 45 % ЫаС1 — 45 % КС1 - 10 % Ка3А1Р6.

Четвертая глава посвящена исследованию процесса рафинирования алюминиевых сплавов от примеси железа. Изучена кинетика насыщения алюминия железом. Установлено, что в результате растворения стального

стержня при температуре 740 °С и т = 240 мин концентрация железа в алюминии составляет 0,8 %. При температуре 860 °С в тех же условиях содержание железа достигает. 3,9 %.

На основании проведенных исследований составлено представление о механизме процесса растворения стальных приделок в алюминиевом расплаве, включающем в себя 6 этапов: 1) латентный период; 2) взаимная диффузия компонентов; 3) образование первых центров новой фазы; 4) появление локальных образований; 5) образование интерметаллидного слоя; 6) рост и перемещение интерметаллидного слоя.

Важным фактором, влияющим на интенсивность насыщения алюминиевого расплава железом, является температура выдержки сплава. Установлено, что длительность латентного периода, т.е. периода, в течение которого в системе видимого взаимодействия не происходит, при 740 °С составляет 20 - 40мин, в то время, как при температуре 860 °С не превышает 2-5 мин.

В исследованиях по изучению влияния термовременных условий выдержки расплава А1 - 10 % Бе на процесс образования и роста шгтерме-таллидов, а также его седиментационную устойчивость установлено, что при увеличении температуры выдержки от 600 до 1000 °С средняя длина интерметаллидов, образующихся как в верхней, так и в нижней зонах образцов, возрастает, причем при 1000 ° С увеличение длины в нижней зоне происходит более активно. Толщина интерметаллидов, напротив, активно увеличивается при выдержке в интервале ликвидус - солидус. При 1000 °С отношение длины 1 к толщине э составляет 1/э = 1 - 10, а при 780 °С -Уэ = 40 - 60. Анализ результатов исследований влияния термокинетических условий выдержки расплава на распределение интерметаллидиых фаз по высоте образцов показал, что с увеличением температуры до 780 - 1000 °С концентрация интерметаллидов (РеА1з) в донной части образцов возрастает. Выдержка расплава в течение 60 мин при 1000 °С дает разнрсгь в концентрациях интерметаллидных фаз между верхом и низом образца (ДС) более 30 % в то время, как при температуре 780 °С с увеличением времени ьыдержки расплава изменение ДС незначительное.

Таким образом установлено, что процесс седиментации железосодержащих фаз наиболее активно протекает в жидком состоянии в отличие от известной точки зрения о том, что с увеличением температуры перегрева расплава степень эффективности седиментационных процессов снижа-

ется. Анализ эффективности процессов седиментации применительно к системе AI - Fe, выполненный с использованием программы "LIKVAT", также подтверждает полученные экспериментальные данные.

На основании анализа литературных данных установлено, что при рафинировании алюминиевых сплавов от примеси железа наиболее предпочтительным следует считать использование ликвационно-кристаллизационного метода с применением марганца.

В работе изучено влияние природы марганецсодержащих соединений, температуры обработки и концентрации марганца на степень очистки расплава от примеси железа. В экспериментах использовали промышленный литейный сплав марки АК5М7 с содержанием железа 3,0 - 3,2%; лигатуру AI - 10 % Мп, приготовленную из чистых шихтовых материалов (алюминий А99 по ГОСТ 11069 - 74, марганец электролитический); технически чистые оксид марганца Мп02, хлористый марганец МпС12, хлористый натрий NaCl, хлористый калий KCl, криолит №3А1Рб. Ввод марганца из его хлорида МпСЬ и оксида Мп02 осуществляли из состава флюса при следующем соотношении компонентов: 15% Na3AlF6, 40% МпСЬ (или Мп02), NaCl - KCl = 1 - 1 - остальное. Количественное соотношение железа и марганца во всех случаях соответствовало [Mn/Fe] - 0,4; 0,8; 1,0; 1,4. Металл разогревали до температур 760 или 900 °С, выдерживали 60 мин и со скоростью 2 град/мин охлаждали расплав до полной кристаллизации.

Анализ полученных данных свидетельствует о том, что природа присадки оказывает существенное влияние на основные показатели процесса рафинирования алюминиевого расплава от примеси железа. Установлено, что ввод марганца из состава флюса, содержащего МпСЬ, обеспечивает наибольшую степень очистки (содержание железа в расплаве сократилось с 3,2 до 0,7%). При вводе марганца из лигатуры концентрация железа в сплаве после рафинирования составила 1, 192 %.

Кроме того, остаточное содержание марганца в расплаве при его вводе из состава флюса находится в пределах, регламентируемых ГОСТ 1583-93 для сплава АК5М7 (до 0,5 %), в то время, как при использовании лигатуры - более 1%. Также установлено, что осуществление процесса рафинирования с помощью марганецсодержащих соединений (МпСЬ и Мп02) обеспечивает достаточную степень очистки (с 3,2% до 0,7 - 0,9%) при соотношении [Mn/Fe] = 1,0, тогда как использование алюминиево-марганцевой лигатуры позволяет получать удовлетворительные результа-

ты лишь при [Мп/Ке] = 1,4. Во всех случаях наибольшая эффективность рафинирования достигается при высокотемпературной (900°С) выдержке расплава (см. рисунок). Ре> о/о ¥е, %

а) ' [Мп/Те] [Мп/Ре]

Влияние природы марганецсодержащей присадки и температуры выдержки на степень рафинирования сплава АК5М7 от примеси железа: а - выдержка при температуре 900 °С (1 - при вводе марганца из со става флюса, содержащего МпСЬ; 2 - из состава флюса, содержащего Мп02; 3 - при вводе марганца из лигатуры);

б - выдержка при температуре 760 °С (1 * - при вводе марганца из состава флюса, содержащего МпСЬ," 2* - из состава флюса, содержащего Мп02; 3* - при вводе марганца из лигатуры)

Полученные результаты позволили предложить следующий механизм очистки алюминия от железа. При вводе марганца нз его соединений в расплав переходят ионы марганца, которые в результате конвективных

движений и диффузионного переноса равномерно распределяются по всему объему. Максимальная реакционная способность обеспечивается уже на начальной стадии процесса. Растворение лигатуры А1 - Мп протекает посредством последовательного разрушения твердого поликристаллического тела по границам зерен. В процессе этого распада ионы растворяющегося вещества переходят в расплав. Вследствие того, что данный процесс сопровождается значительными энергетическими затратами, а также учитывая возможную седиментацию отдельных фрагментов растворяющейся лигатуры, максимальная эффективность очистки алюминиевых сплавов от железа посредством ввода марганца из состава лигатуры достигается не сразу после ввода, что существенным образом сказывается на чистоте получаемого сплава.

В пятой главе представлены результаты опытно-промышленных испытаний процесса термофлюсового переплава стружки алюминиевых сплавов. Для осуществления широкого внедрения процесса термофлюсового переплава стружки алюминиевых сплавов с учетом разработанных требований к плавильным агрегатам и специфики производства показана возможность использования стандартного плавильного оборудования литейных цехов.

Технолоппо термофлюсового переплава стружки в печи САТ-0,25 осуществляли следующим образом. В разогретой печи наплавляли флюс из условия заполнения 1/3 объема тигля, после перегрева флюса до температуры 750 - 780 °С вводили заранее прогретое приемное устройство и производили порционную загрузку стружки по мере ее усвоения. Разработана и испытана технология осуществления процесса термофлюсового переплава стружки в индукционных тигельных печах. Поскольку прямой нагрев больших объемов солевых расплавов вихревыми индукционными токами неэффективен, технологию термофлюсового переплава стружки алюминиевых сплавов осуществляли с использованием графитовых кусков.

Основное отличие процесса термофлюсового переплава стружки в электрической солевой печи сопротивления заключается в том, что источником необходимого тепла для переплава стружки являлась непосредственно рабочая среда, т.е. флюсовой расплав, который разогревали до 820 °С с помощью двух погружных электродов. Затем в основной флюсовой расплав (КС! - 45%. NaCl - 45%, Na?AIF<, - 10%) вводили приемное

Обустройство из графита. Перед погружением приемное устройство заполняли жидким флюсом состава: ВаСЬ - 80%, ЫаС1 - 20% с плотностью 2,9 г/см3 и слоем металлического расплава. Стружка, имеющая удельный вес, превышающий удельный вес расплавленного флюса, опускалась в приемное устройство, где плавилась. В процессе плавления неметаллические включения и оксидные плёны отделялись от поверхности металла и накапливались в объеме флюса. Образующийся при этом металлический расплав перетекал из приемного устройства через слой флюса на дно плавильной камеры. Ферромагнитные приделки в виде пылевидных частиц и мелкой стружки, имея удельный вес, превышающий удельный вес металлического и флюсового расплавов, опускались на дно приемного устройства в объем "нижнего" флюса. При этом "нижний" флюс обеспечивал надежную защиту металлического расплава от взаимодействия с ферромагнитными приделками, предотвращая тем самым загрязнение очищенного металла примесью железа. Шлак, образующийся по ходу плавки на поверхности флюса, удаляли, подшихтовывая солевой расплав свежим составом. После заполнения всего рабочего пространства плавильной камеры производили отстаивание расплава в состоянии покоя 15 - 60 мин и разливку металла.

Анализ полученных данных свидетельствует о том, что все предлагаемые технологические процессы переплава стружки позволяют получать за один передел сплав, соответствующий уровню ГОСТ как по химическому составу, так и по механическим свойствам. Содержание неметаллических включений не превышает 0,024 - 0,1% от площади шлифа, балл пористости соответствует 0 - 1 по шкале ВИАМ. При этом выход годного металла составляет не менее 92 — 94 %, расход флюса не превышает 30 -50 % в зависимости от размера и загрязненности исходной стружки.

Выявлены патентоспособные технические решения, по которым получено три положительных отзыва Федерального института промышленной собственности о выдаче патента на изобретение.

Обшне выводы

1. Анализ отечественных и зарубежных публикаций по проблеме переплава стружки алюминиевых сплавов свидетельствует, что несмотря на развитие новых, прогрессивных технологических процессов,универсальной технологии, позволяющей при переплаве стружки с повышенным со-

держанием железа получать качественный металл как по неметаллическим включениям, так и по примеси железа, не существует.

2. Проведен сравнительный теоретический анализ процесса переплава стружки в различных средах. Разработана принципиальная схема механизма переплава стружки алюминиевых сплавов, которая включает в себя 4 основные стадии: смачивание поверхности стружки, разрушение оксидной плены, отделение оксидной оболочки от расплавленного металла, коалесценцию капель алюминия. Проведен термодинамический анализ процесса на всех указанных стадиях. Получены уравнения для вычисления значений свободных энергий и определения термодинамической вероятности протекания процесса на каждой из стадий.

3. Разработаны требования к флюсовым композициям для термофлюсового переплава стружки и методика комплексного анализа флюсовых композиций, включающая исследования рафинирующей и абсорбционной способностей, термической устойчивости и взаимодействия флюсовой композиции с оксидной поверхностью стружки. Установлено, что наиболее пригодными для успешного осуществления технологии ТФП являются флюсовые композиции на основе эквимольной смеси солей №С1 - КС1 с активными добавками Ма3А1Р6, СаР2 и Ш^Рб.

4. Показано, что насыщение алюминиевых расплавов железом при переплаве стружки происходит в результате растворения железосодержащих приделок и частиц, присутствующих в стружке. Изучен процесс насыщен™ алюминиевых расплавов железом при растворении стальных приделок. Показано, что его интенсивность зависит от термовременных условий взаимодействия. Определены оптимальные условия, обеспечивающие эффективный переплав стружки со стальными приделками без существенного насыщения алюминиевого расплава железом, а именно, температура переплава 760 °С и длительность контакта расплава с железными приделками не более 30 мин.

5. Изучен процесс образования интерметаллидов железа в алюминии, установлено, что форма и размеры интерметаллидов существенно зависят от термовременных режимов выдержки расплава. С увеличением температуры от 600 до 1000 °С средняя длина интерметаллидов, образующихся как в верхней, так и в нижней зонах образцов, возрастает и при 1000 °С увеличение длины в нижней зоне происходит более активно. Толщина интерметаллидов, напротив, активно увеличивается при выдерж-

ке расплава AI - Fe в интервале ликвидус - солидус. При 1000 °С отношение длины L к толщине s составляет L /s = 1 - 10, а при 780 °С - L/s = =40 - 60.

6. При выдержке алюминия в твердо-жидком и жидком состояниях происходит процесс седиментации железа и железосодержащих фаз. Установлено, что процесс седиментации наиболее интенсивно протекает в жидком состоянии в отличие от известной точки зрения о том, что с увеличением температуры перегрева расплава степень эффективности седимен-тационных процессов снижается. С увеличением температуры до 780 -1000 °С концентрация интерметаллидов (ГеАЬ) в донной части образцов возрастает и разность концентрации (ДС) при выдержке расплава в течение 60 мин при 1000 °С составляет более 30 %.

7. Исследовано влияние марганецсодержащих соединений и температуры выдержки при рафинировании алюминиевых расплавов от примеси железа. Установлено, что ввод марганца в виде МпС'Ь из состава флюса обеспечивает наибольшую степень очистки. С увеличением количества присадки и температуры процесса эффективность очистки повышается, причем наилучший результат получен при соотношении [Mn/Fe] = 1,4 : 1 и температуре 900 °С (содержание железа в расплаве сократилось с 3,2 до 0,7%).

8. Проведены опытно-промышленные испытания технологии термофлюсового переплава стружки алюминиевых сплавов в печи CAT -0,25, индукционной тигельной печи ЛПЗ - 67 и солевой печи сопротивления. В результате с выходом годного 92 - 96 % получены сплавы, соответствующие требованиям ГОСТ по химическому составу и механическим свойствам. Расход флюса в среднем составляет 30 % от массы стружки. Производительность в зависимости от типа печи составила 30 - 50 кг/ч. Ожидаемый экономический эффект от внедрения технологии - более 10 тыс. руб. на тонну получаемого металла.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Шаршин В.Н., Скитович C.B. Образование интерметаллидов в алюминиевых сплавах // Литейное производство. - 1995. - № 4 - 5. - С.22.

2. Шаршин В.Н., Скитович С.В, Циглов Д.А. Обработка отходов цветных сплавов с повышенным содержанием примесей // Литейное производство. - 1996. - jN» 9. - С.35.

-193. Скитович C.B., Баландин В.M., Шаршин В.H. Переплав отходов и стружки алюминиевых сплавов с повышенным содержанием железа // Литейное производство. - 1997. - N 5. - С.42.

4. Переплав и рафинирование отходов горячего цинкования /

B.А. Кечин, В.Н. Шаршин, C.B. Скитович, Д.А. Циглов // Литейное производство. - 1997,- Ks 5. - С.43.

5. Применение элементов - присадок для очистки вторичного алюминия от примеси железа / В.А. Кечин, C.B. Скитович, В.Н. Шаршин, Д.А. Циглов // Актуальные проблемы переработки лома и отходов цветных сплавов: Тез. докл. науч.-практ. конф. - Владимир, 1997. - С. 16 - 17.

6. Скитович C.B. Оптимизация состава и исследование термической устойчивости флюсовых композиций при переплаве отходов алюминиевых сплавов // Актуальные проблемы переработки лома и отходов цветных сплавов: Тез. докл. науч.-практ. конф. - Владимир, 1997. - С. 18.

7. Исследование возможности применения термофлюсового переплава для переработки алюминиевых банок / C.B. Скитович, В.Н. Шаршин, Д.А. Циглов и др.// Актуальные проблемы переработки лома и отходов цветных сплавов: Тез. докл. науч.-практ. конф. - Владимир, 1997. - С. 32.

8. Совершенствование конструкции установки для термофлюсового переплава отходов цветных сплавов / В.Н. Шаршин, C.B. Скитович, Д.А. Циглов, В.М. Баландин // Актуальные проблемы переработки лома и отходов цветных сплавов: Тез. докл. науч.-практ. конф. - Владимир, 1997. -

C. 34-35.

9. Скитович C.B., Шаршин В.Н. Флюсы для алюминиевых сплавов // Литейное производство. - 1998. - JN» 8. - С. 12 - 14.

10. Кечин В.А., Скитович C.B. Ликвационное рафинирование алюминиевых сплавов от железа // Литейное производство. - 1998. - № 8. - С. 6.

11. Разработка и исследование флюсовых композиций для переплава стружки алюминиевых сплавов / В.Н. Шаршин, В.А. Кечин, C.B. Скитович, A.B. Масленников Н Современные материалы, технологии, оборудование и инструмент в машиностроении: Тез. Междунар. семинара-выставки (наука - производству). - Киев, 1999.

12. Технология термофлюсового переплава отходов и стружки цветных металлов и сплавов / В.Н. Шаршин, C.B. Скитович, A.B. Масленников, C.B. Трихаев // Современные материалы, технологии, оборудование и инструмент: Тез. Междунар. семинара-выставки (наука-производству). - Киев, 1999.

-2013. Выбор флюсовых композиций для переплава стружки алюминиевых сплавов / В.Н. Шаршин, В.А. Кечин, C.B. Скитович, A.B. Масленников // Теория и технология литейных сплавов: Тез. докл. науч.-техн. конф. - Владимир, 1999. - С. 88 - 89.

14. Скитович C.B., Шаршин В.Н., Масленников A.B. Термофлюсовой переплав стружки и мелких отходов алюминиевых и цинковых сплавов // Теория и технология литейных сплавов: Тез. докл. науч.-техн. конф. -Владимир, 1999. - С. 90 - 91.

15. Переработка стружки алюминиевых сплавов методом термофлюсового переплава / В.Н. Шаршин, В.А. Кечин, C.B. Скитович, A.B. Масленников. Тез. докл. 4-го съезда литейщиков России. - М., 1999. - С. 150 -152.

16. Решение о выдаче патента № 99101525/02 (001534) "Способ переплава мелких отходов и стружки цветных сплавов" / Шаршин В.Н., Кечин В.А., Скитович C.B., Масленников A.B., Трихаев C.B., Юдин А.Ф.

17. Решение о выдаче патента № 99101458/02 (001533) "Способ переработки отходов и стружки цветных металлов и сплавов" / Скитович C.B., Шаршин В.Н., Кечин В.А., Юдин А.Ф., Масленников A.B.

18. Решение о выдаче патента № 98105803/02 (005834) "Способ переплава мелких отходов и стружки цветных сплавов" / Шаршин В.Н., Скитович C.B., Циглов Д.А.

J1P № 020275 от 13.11.96. Подписано в печать 18.05.2000. Формат 60x84/16. Бумага для множит, техники. Гарнитура Тайме. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,16. Уч.-изд. л. 1,27. Тираж 100 экз.

' Заказ 2j2-2№\ Владимирский государственный университет. Подразделение оперативной полиграфии Владимирского государственного университета. Адрес университета и подразделения оперативной полиграфии: 600000, Владимир, ул. Горького. 87.

Специальность 05.16.04 - Литейное производство

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Кечин Владимир Андреевич

Владимир

ОГЛАВЛЕНИЕ Введение.

1. Современные достижения в области переплава стружки и рафинирования алюминиевых сплавов.

1.1. Характеристика состояния и проблемы переработки стружки алюминиевых сплавов.

1.2. Анализ существующих технологических процессов переплава стружки.

1.3. Применение флюсовых композиций для переплава стружки и рафинирования алюминиевых сплавов.

1.4. Особенности взаимодействия железа с алюминиевыми расплавами.

1.5. Рафинирование алюминиевых сплавов от примеси железа.

Изготовление деталей машиностроения связано с образованием определенного количества отходов. При разливке металла, например, образуются отходы в виде крупных брызг, сплесков, съемов; при обработке слитков на прокатных станах, прессах, молотах получаются отходы в виде кромок, обрезков, высечки. В результате механической обработки полуфабрикатов значительная часть металла переходит в стружку, обрезь, выштамповку.

Преобладающая часть вторичного алюминиевого сырья (45-50%), в настоящее время, представлена стружкой, поэтому ее необходимо рассматривать, как особую группу вторичного сырья, которую следует выделять из общего его потока и перерабатывать отдельно. Металлургическая переработка стружки в общем потоке с амортизационным кусковым ломом и производственными отходами резко ухудшает качественные характеристики получаемого металла вследствие его загрязнения вредными примесями, в первую очередь, неметаллическими, а также железом.

Большая часть отходов цветных сплавов до настоящего времени поступала для переработки на предприятия Вторцветмета. Однако в нынешних условиях предприятиям экономически невыгодно сдавать стружку и другие отходы сторонним организациям. Результаты патентных исследований, а также обзор литературных данных показывают, что известные технологии переработки стружки алюминиевых сплавов в большинстве своем рассчитаны на переплав большого количества шихты в условиях специализированных предприятий, а эффективных технологий переплава, пригодных для использования непосредственно в литейных цехах не существует. Кроме того, наряду с ростом доли вторичных цветных сплавов, получаемых из лома и отходов, их качество, особенно по содержанию неметаллических примесей, снижается. Причиной этого является недостаточно высокая эффективность очистки. Дополнительное рафинирование образующегося расплава даже после двух-трех кратного повторения операции обработки, к сожалению, не всегда позволяет достигать требуемого результата.

В связи с этим, проблема разработки высокоэффективной энергоресурсосберегающей технологии переплава стружки алюминиевых сплавов, позволяющей получать сплавы высокого качества из низкосортного вторичного сырья при совмещении в одном переделе процессов переплава и рафинирования, представляется особенно актуальной.

Целью работы является разработка эффективного технологического процесса переплава стружки алюминиевых сплавов, обеспечивающего получение металла высокого качества по содержанию неметаллических включений и газов, а также совершенствование процесса рафинирования вторичных алюминиевых сплавов от примеси железа.

Общие выводы

1. Анализ отечественных и зарубежных публикаций по проблеме переплава стружки алюминиевых сплавов свидетельствует, что, несмотря на развитие новых, прогрессивных технологических процессов универсальной технологии, позволяющей при переплаве стружки с повышенным содержанием железа получать качественный металл, как по неметаллическим включениям, так и по примеси железа, не существует.

2. Проведен сравнительный теоретический анализ процесса переплава стружки в различных средах. Разработана принципиальная схема механизма переплава стружки алюминиевых сплавов, которая включает в себя 4 основные стадии: смачивание поверхности стружки, разрушение оксидной плены, отделение оксидной оболочки от расплавленного металла, коалесценцию капель алюминия. Проведен термодинамический анализ процесса на всех указанных стадиях. Получены уравнения для вычисления значений свободных энергий и определения термодинамической вероятности протекания процесса на каждой из стадий.

3. Разработаны требования к флюсовым композициям для термофлюсового переплава стружки и методика комплексного анализа флюсовых композиций, включающая исследования рафинирующей и абсорбционной способностей, термической устойчивости и взаимодействия флюсовой композиции с оксидной поверхностью стружки. Установлено, что наиболее пригодными для успешного осуществления технологии ТФП являются флюсовые композиции на основе эквимольной смеси солей ЫаС1 - КС1 с активными добавками ИазАШб, СаР2 и Ыа281р6.

4. Показано, что насыщение алюминиевых расплавов железом при переплаве стружки происходит в результате растворения железосодержащих при-делок и частиц, присутствующих в стружке. Изучен процесс насыщения алюминиевых расплавов железом при растворении стальных приделок. Показано, что его интенсивность зависит от термовременных условий взаимодействия. Определены оптимальные условия, обеспечивающие эффективный переплав стружки со стальными приделками без существенного насыщения алюминиевого расплава железом, а именно, температура переплава 760°С и длительность контакта расплава с железными приделками не более 30 мин.

5. Изучен процесс образования интерметаллидов железа в алюминии, установлено, что форма и размеры интерметаллидов существенно зависят от термовременных режимов выдержки расплава. С увеличением температуры от 600 до 1 ООО °С средняя длина интерметаллидов, образующихся как в верхней, так и в нижней зонах образцов, возрастает и при 1000 0 С увеличение длины в нижней зоне происходит более активно. Толщина интерметаллидов, напротив, активно увеличивается при выдержке расплава А1 - Бе в интервале ликвидус - солидус. При 1000 °С отношение длины Ь к толщине б составляет Ь /э = 1 -т-10, а при 780 °С - Ь/в = 40 -ь 60.

6. При выдержке алюминия в твердо - жидком и жидком состояниях происходит процесс седиментации железа и железосодержащих фаз. Установлено, что процесс седиментации наиболее интенсивно протекает в жидком состоянии, в отличие от известной точки зрения о том, что с увеличением температуры перегрева расплава степень эффективности седиментационных процессов снижается. С увеличением температуры до 780 - 1000 °С концентрация интерметаллидов (РеА1з) в донной части образцов возрастает и разность концентраций (АС) при выдержке расплава в течение 60 мин при 1000°С составляет более 30 %.

7. Исследовано влияние марганецсодержащих соединений и температуры выдержки при рафинировании алюминиевых расплавов от примеси железа. Установлено, что ввод марганца в виде МпСЬ из состава флюса обеспечивает наибольшую степень очистки. С увеличением количества присадки и температуры процесса эффективность очистки повышается, причем наилучший результат получен при соотношении [Мп/Ре] = 1,4 : 1 и температуре 900 °С (содержание железа в расплаве сократилось с 3,2% до 0,7%).

8. Проведены опытно-промышленные испытания технологии термо

192 флюсового переплава стружки алюминиевых сплавов в печи САТ - 0,25, индукционной тигельной печи ЛПЗ - 67 и солевой печи сопротивления. В результате с выходом годного 92 - 96 % получены сплавы, соответствующие требованиям ГОСТ по химическому составу и механическим свойствам. Расход флюса в среднем составляет 30 % от массы стружки. Производительность, в зависимости от типа печи, составила 30 — 50 кг/ч. Ожидаемый экономический эффект от внедрения технологии - более 10 тыс. руб. на тонну получаемого металла.

1. Сбор и обработка вторичного сырья цветных металлов. Учебник для вузов / Колобов Г.А., Бредихин В.Н., Чернобаев В.М. М.: Металлургия, -1992.-288 с.

2. Ларионов Г.В. Вторичный алюминий. М.: Металлургия, - 1967,- 271 с.

3. Емлин Б.И., Хитрик С.И., Ростовцев С.Т. и др. // Изв. вузов. Цветная металлургия. 1973. - № 2. - С. 80-85

4. Флюсовая обработка и фильтрование алюминиевых расплавов. А.В.Курдюмов, С.В.Инкин, В.С.Чулков, Н.И.Графас. М.: Металлургия, -1980.- 196 с.

5. Шредер A.B. Оксидирование алюминия и его сплавов. М.: Металлург-издат, 1960. -220 с.

6. Michel D., Michel R. Founderie, 1974. V.29. № 332. P. 121-128.

7. Технология вторичных цветных металлов. Учебник для вузов/ Худяков И.Ф., Дорошеквич А.П., Кляйн С.Э. и др. М.: Металлургия, 1981. - 280 с.

8. Сторчай Е.И. Флюсовая пайка алюминия. М.: Металлургия, -1980.- 124 с.

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

10. Рыжиков A.A. Литейное производство. 1967. № 11. С. 13 - 16 с ил.

11. Курдюмов A.B. Литейное производство цветных и редких металлов. 2-е изд. М.: Металлургия, - 1982. - 196 с.

12. Исследование процессов литья алюминиевых, магниевых и титановых сплавов. М.: Машиностроение, - 1969. - 216 с.

13. Свойства расплавленных металлов. М.: Наука, -1974. - 183 с.

14. Мальцев М.В., Чистяков Ю.Д., Цыпин М.И. // Изд. АН СССР. Серия физическая. 1956. - Т. 20. - № 7. - С. 824 - 826 с ил.

15. Апанасенко A.M. Разработка рациональных способов переработки алюминиевой стружки : Автореф. дисс. . канд. технич. наук. Ленинград, 1985.-21 с.

16. Белов В.Д., Блишун А.И., Глотова JI.B. Влияние состава печной атмосферы на скорость окисления алюминия. // Известия вузов. Цветная металлургия. 1996. № 4. С. 20 - 22.

17. Эванс Р. Коррозия и окисление металлов. Пер. с англ. М.: Машгиз, 1962. 856 с. сил.

18. Францевич И.Н., Войтович И.Ф., Лавренко В.А. Высокотемпературное окисление металлов и сплавов. Киев: Гостехиздат, 1963. 323 с. с ил.

19. Данков П.Д., Игнатов Д.В., Шишаков H.A. Электронографические исследования окисных и гидроокисных пленок на металлах. М.: Изд. АН СССР, 1953.200 с.сил.

20. Вторичные материальные ресурсы цветной металлургии. Лом и отходы цветных металлов (образование и использование): Справочник / Под ред. Ю.П.Купрякова. М.: Экономика, - 1984. - 152 с.

21. Quantity and quality from Wabash alloy // Foundry Lnt Konadry Trade J.Jut. 1996 - 19, № 3. - С. 118, 120 Англ.

22. Вторичные материальные ресурсы цветной металлургии. Справочник / Ред. Юрченко. М: Экономика. 1984. 152 с.

23. Dannappel Н. Das Einschmelzen von buten Schrotten im Drehtrommeloffen // "Stranggiessen: Schmelzen Giessen - Uberwachen". Obemrsel/Ts., 1986, 7 - 15

24. Gullman L., Sjoberg G. Schmelzen von Aluminiumschrott in Rinneninduktionsofen // "Stranggiesen : Schmelzen Giessen - Uberwachen". Oberursel/Ts., 1986, 27 - 46

25. Смольников E.A. Термическая и химико-термическая обработка инструмента в соляных ваннах. М.: Машиностроение. 1989.

26. Кауфман В.Г., Михайлов Л.А., Пылаев В.М. Электрические печи с жидким теплоносителем М.: Энергия. 1973

27. A.C. СССР № 846959, М.Кл.3 F 27 В 17/00, заявлено 25.06.79, опубл. 15.07.81. БИ№ 26. Электрическая солевая печь для плавки цветных металлов.

28. Патент № 2089630, МКИ С 22 В 7/00, 9/10, заявлено 30.04.93, опубл. 10.09.97. Способ переработки лома алюминиевых сплавов.

29. Корякин Г.И. и др. Разработка и применение на Заволжском моторном заводе технологии переплава алюминиевой стружки. // Литейное производство. 1986. № 12. С. 13-15.

30. Андрушевич A.A. Цветные сплавы для автомобильных отливок.// Литейное производство. 1987. № 2. С. 12-14.

31. Белов В.Д., Гусева В.В., Глотова Л.В. и др. Внепечная комплексная обработка алюминиевых расплавов.//Литейное производство. 1997. № 5. с.37.

32. Белов В.Д., Гусева В.В., В.В. Кирьянова и др. Получение силумино-вых отливок ответственного назначения из низкосортной шихты. // Известия вузов. Цветная металлургия. 1996. № 2. с. 18 - 21.

33. Курдюмов A.B., Рогозинский A.A. В кн.: Алюминиевые сплавы. Плавка и литье алюминиевых сплавов. Справочное руководство. Под ред. В.И.Добаткина. М.: Металлургия. 1976. С. 27-44 с ил.

34. Легкие сплавы и методы их обработки. М.: Наука. 1968. 304 с. с ил.

35. Короткое В.Г. Рафинирование литейных алюминиевых сплавов. М.: Машгиз. 1963. 126 с. с ил.

36. Бондарев Б.И., Михеичев Л.А., Макаров Г.С. "Технология легких сплавов", 1966. № 4. С. 95-97.

37. Поверхностные явления в расплавах и возникающих из них твердых фазах. Нальчик: Кабардино-Балкарское книжное издательство. - 1965. 653 с. с ил.

38. Легкие сплавы и методы их обработки. М.: Наука. 1968. 304 с. с ил.

39. Курдюмов A.B., Алексеев Л.А. Литейное производство. 1967. № 5. С. 6-8 с ил.

40. Альтман М.Б., Глотов Е.Б., Засыпкин В.А., Макаров Г.С. Вакууми-рование алюминиевых сплавов. М.: Металлургия. - 1977. 240 с.

41. Делимарский Ю.К., Чернов Р.В., Голов А.Г. и др. A.C. № 350848. -Открытия, изобретения, пром. образцы, тов. знаки. 1972. № 27. С. 89.

42. Графас Н.И., Беляев А.И.// Изв. вузов. Цветная металлургия. 1959. № 4. С. 72 82.

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

44. Технология легких сплавов. 1977. № 12.

45. Березин Л.Г., Цыплухин Л.П., Курдюмов A.B. и др. A.C. № 575376.- Открытия, изобретения, пром. образцы, тов. знаки. 1977. № 37. С. 80.

46. Засыпкин В.А., Грушко O.E., Винокуров Н.Д. и др. A.C. № 875312.- Открытия, изобретения, пром. образцы, тов. знаки. 1973. № 16. С. 53.

47. Schneider A., Schmidt W. Z. Metallkunde. 1951. Bd 42. № 2.S.43 - 54.

48. Вилсон Д., Хуг П., Гобл М. В кн.: Электрошлаковый переплав. М.: Металлургия. 1971. С. 253 - 258.

49. Рябов В.Р. Алитирование стали. М.: Металлургия. - 1973. 240 с.

50. Еременко В.Н., Натанзон Я.В. //Порошковая металлургия, 1970, №8,с. 39.

51. Stroup Р.Т., Purdy G.A. "Metall Progress", 1950, v. 50, № 1, p. 59 - 63, p. 128- 129.

52. Технология получения биметаллических отливок железо алюминий. Пер. с нем. Киев, изд. Ин-та научно - технической информации, 1959. 58с. с ил.

53. Minowa S., Kosaka М. J. Iron and Steel Inst. Japan, 1964, v. 50, № 1, p. 56.

54. Minowa S. a. o. J. Iron and Steel Inst. Japan, 1964, v. 50, № 4, p. 644.

55. Kosaka M., Minowa S. J. Iron and Steel Inst. Japan, 1965, v. 51, №2, p. 218-225.

56. Kosaka M., Minowa S. J. Iron and Steel Inst. Japan, 1965, v. 51, № 5, p.1089.

57. Kosaka M., Minowa S. J. Iron and Steel Inst. Japan, 1966, v. 52, № 4, p. 539 542.

58. Kosaka M. a. o. Repts Govt. Ind. Res. Inst. Nagoya, 1967, v. 16, №9,p.273

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

60. Кудряшов В.Г., Смоленцев В.И. Вязкость разрушения алюминиевых сплавов. М.: Металлургия, 1976. - 293 с.

61. Кудряшов В.Г. Итоги науки и техники. Металловедение и термическая обработка. М.: ВИНИТИ, 1978, т. 12, с. 27.

62. Мондольфо Л.Ф. Структура и свойства алюминиевых сплавов : Пер. с англ. М.: Металлургия, - 1979. - 639 с.

63. Постников Н.С. Упрочнение алюминиевых сплавов и отливок. М.: Металлургия, 1983. - 119 с.

64. Hahn G.T., Rosenfíeld A.R. Metallurgical Factors Affecting Fracture Toughness of Aluminium Alloys // Met. Trans. 1975. - v. A6. - № 4. - P. 653.

65. Белов H.A., Евсеев Ю.В., Золоторевский B.C. Вязкость разрушения литейных сплавов системы Al-Mg-Zn-Cu-Fe-Si // Изв. вузов. Цветная металлургия. 1982. -№ 6. - С. 81.

66. Аксенов A.A., Белов H.A., Золоторевский B.C. и др. О микролегировании высокопрочных литейных алюминиевых сплавов с повышенным содержанием железа и кремния // Изв. АН СССР. Металлы, 1988. - № 1. - С. 114 - 120

67. Золоторевский B.C., Белов H.A., Курдюмова Т.А. Оптимизация структуры вторичных силуминов с целью повышения их пластичности и вязкости разрушения // Изв. вузов. Цветная металлургия. 1989. - № 1. - С. 76 - 88

68. Белов H.A. Оптимизация состава и структуры малокремнистых силуминов с высоким содержанием железа / Изв. вузов. Цветная металлургия. 1989. №1. С.130-135.

69. Белов H.A., Евсеев Ю.В., Золоторевский B.C. О связи вязкости разрушения литейного сплава системы Al-Mg-Zn с морфологией избыточных фаз//Изв. АН СССР. Металлы, 1985. - № 6. -С.151-157

70. Братчук И.Н. Изучение фазовых равновесий в системе Al Si - Fe -Мп - Ti и усовершенствование технологии рафинирования электротермического силумина от примесей: Дисс. канд. тех. наук. - М., 1993.

71. Шаршин В.Н. Исследование неоднородности жидких алюминиевых сплавов и разработка технологии их рафинирования и заливки в формы: Дисс. канд. тех. наук. Владимир, 1990.

72. Отчет по теме "Разработка ликвационно-электролитического способа извлечения меди и алюминия из анодных осадков от рафинирования трехслойным методом". МИСиС. Рук. д. т. н., проф. Гульдин И.Т.

73. Отчет по теме "Исследование по рафинированию алюминиевыхсплавов от примеси железа. ВНИИПВторцветмет. Рук. Попов В.А.

74. Сергеев J1.H. Влияние различных присадок на содержание железа в эвтектике AI Si - Fe и на структуру и свойства силумина // Тр. ВАМИ. - 1948. - № 29. - С. 29 - 33.

75. A.C. СССР, № 1964533, опубл. 4.06.76

76. Григоренко В.М., Попов В.А., Офенгенден A.A. Изв. вузов. Цветная металлургия. 1977. № 2. С. 56 - 60.

77. Лукашенко Э.Е., Гель В.И., Григоренко В.М. Комплексное рафинирование вторичных алюминиевых сплавов от примесей железа и магния мар-ганецсодержащими реагентами. // Изв. вузов. Цветная металлургия. 1992. № 6. С.57-58.

78. Маценко Ю.А. Исследование и разработка технологии рафинирования алюминиевокремниевых сплавов от металлических и неметаллических примесей : Дис. канд. техн. наук. М., 1980. - 161 с.

79. Singleton Ogle R., Robinson Grover С.- Jr. Refining aluminum Silicon centrifuging. J. Inst. Metals. 1971.

80. Патент ГДР № 183760, опубл. 12.01.76.

81. Bhutant A.K., Abraham K.R., Nair K.D. Elektroslag refining of aluminum alloy. Frans. Indian Inst. Metalls. 1975. № 4. S. 316 - 318.

82. Данилов В.И. Некоторые вопросы кинетики кристаллизации жидкостей // Проблемы металловедения и физики металлов. М.: Металлургиздат. 1949. С. 7-49.

83. Инкин С.В. Исследование роли поверхностных явлений в процессах очистки алюминиевых сплавов от неметаллических включений флюсами и разработка составов флюсов.: Дисс. канд. тех. наук. М., 1977

84. Бабкин В.Г., Золотухин В.А., Кадышева Г.И. и др. Скорости смачивания и пропитки криолитовым флюсом огнеупорных материалов // Адгезия расплавов и пайка материалов. 1980. Вып. 5. С. 25 29.

85. Френкель Я.И. Кинетическая теория жидкостей // Собрание избранных трудов, т.З. М.: Наука, 1969. - 460 с.

86. Отчет о научно-исследовательской работе "Отработка технологии изготовления протекторов из цинковых сплавов и организация их промышленного производства". Северо-Кавказский Ордена Дружбы народов горнометаллургический институт. Рук. В.А. Кечин.

87. Плавка и литье алюминиевых сплавов: Справочное издание. 2-е изд./М.Б. Альтман, А.Д. Андреев. М.: Металлургия. 1983. 352 с.

88. Альтман М.Б. Металлургия литейных алюминиевых сплавов. М.: Металлургия. 1972. 152 с.

89. Курдюмов A.B., Инкин C.B., Графас Н.И. и др. Исследования межфазных характеристик системы алюминиевый сплав флюс - окисные включения для оценки рафинирующих свойств флюсов.// Изв. вузов. Цветная металлургия. 1977. № 2. С. 64-68.

90. Петрунин И.Е. Физико-химические процессы при пайке. М.: Высш. школа. 1972.280 с. с ил.

91. Попель С.И. Поверхностные явления в расплавах. М.: Металлургия, 1994. 440 с.

92. Радченко И. В. Молекулярная физика. М.: Наука, 1965.

93. Смирнов Г. Н. Прогрессивные способы пайки алюминия. М.: Металлургия, 1981.239 с.

94. Harkins J. J. Amer. Ceram. Soc. 1971. V.35. № 3. P. 171 - 173.

95. Blake T.D., Haynes G.M. Kinetiks of Liquid-Liquid Displacement //J. of Colloid and Interface Soc. 1969. V.30. № 3. P. 421-423.

96. Чадов A.B. Исследование влияния рельефа поверхности твердого тела на процесс растекания.: Автореф. канд. дисс. М., 1978. - 21 с.

97. Русанов А.И. Термодинамика пленок // Исследования в области поверхностных сил. М.: Наука, 1967. - С. 120-128.

98. Павлов В.В., Попель С.И. О взаимодействии поверхностей раздела фаз // Смачиваемость и поверхностные свойства расплавов и твердых тел. -Киев: Наукова думка, 1972. С. 210-214.

99. Johnson R.E., Dettre R.H. Contact angle hysrtresis, IV studying of ideal heterogeneous surface // J. Phys. Chem. 1964. V.63. № 10. P. 1729-1736.

100. Ребиндер П.А. Поверхностные явления в дисперсных системах. Физико химическая механика. Избранные труды. М.: Наука, 1978. 368 с.

101. Переплав отходов и стружки алюминиевых сплавов с повышеннымсодержанием железа / Скитович C.B., Баландин В.М., Шаршин В.Н. // Литейное производство. 1997. № 5. - с.42.

102. Рябов В.Р. Алитирование стали. -М.: Металлургия, 1973. — 240 с.

103. Лакедемонский A.B. Биметаллические отливки. М.: Машиностроение. 1964. 180 с.

104. Лариков Л.Н. и др. Диффузионная сварка. М.: Металлургия. 1975.

105. Дыбков В.И. Рост слоев интерметаллидов на границе раздела нержавеющей стали 12Х18Н10Т и жидкого алюминия / Порошковая металлургия. 1986. № 12. С.45-49.

106. Ващенко К.И., Жижченко В.В., Фирстов А.Н. Биметаллические отливки железо алюминий. - М.: Машиностроение, 1966. - 173 с.

107. Бугаков В.З. Диффузия в металлах и сплавах. М.: Гостехиздат,1949.

108. Терек А., Байка Л. Выращивание металлического соединения FeAl3 путем растворения сплава железа в алюминиевой ванне // Изв. вузов. Металлы. 1981. № 2. С. 226-232.

109. Вилсон Д.Р. Структура жидких металлов и сплавов. М.: Металлургия, 1972.-245 с.

110. Новохатский И.А., Кисунько В.З. Связь строения расплавов с фазовым составом многокомпонентных сплавов // Наследственность в литых сплавах: Тезисы доклада научно-технического семинара. Куйбышев, 1987. -С. 15-17.

111. Гаврилин И.В., Корогодов Ю.Д., Тихонов Н.П., Шаршин В.Н. Равновесная химическая неоднородность в жидких литейных сплавах // Литейное производство. 1986. № 1.- С. 3 - 5.

112. Шанк Ф. Структуры двойных сплавов. М.: Металлургия, 1973.

113. Курдюмов A.B., Пикунов М.В., Чурсин В.М., Бибиков Е.Л. Про201изводство отливок из сплавов цветных металлов. М.: МИСИС, 1996. - 504с.

114. Джонсон Н., Лион Ф. Статистика и планирование эксперимента в технике и науке. Методы обработки данных. М.: Мир. - 1980. 610 с.

115. Заявление о выдаче патента на изобретение № . "Способ рафинирования алюминиевых сплавов от примеси железа". Скитович C.B., Шаршин

116. B.Н., Кечин В.А. Приоритет от 25.10.1999.

117. Решение о выдаче патента на изобретение № 99101458/02(001533) "Способ переработки отходов и стружки цветных металлов и сплавов". Скитович C.B., Шаршин В.Н., Кечин В.А. и др. Приоритет от 25.01.1999.

118. Решение о выдаче патента на изобретение № 99101525/02(001534) "Способ переплава мелких отходов и стружки цветных металлов и сплавов". Шаршин В.Н., Кечин В.А., Скитович C.B. и др. Приоритет от 25.01.1999.

119. Решение о выдаче патента № 98105803/02 (005834) "Способ переработки мелких отходов и стружки цветных сплавов". Шаршин В.Н., Скитович

120. Результаты промышленной апробации технологии термофлюсового переплава оформлены протоколом проведения экспериментальной плавки по переплаву стружки сплава АК5М7 в условиях литейного цеха N2 ОАО "ВТЗ" от 5 марта 1998 года.

121. Комиссия считает целесообразным внедрение технологии термофлюсового переплава стружки алюминиевых сплавов в условиях АО "Владимирский тракторный завод".

122. Зам. главного металлурга литейного завода ОАО "ВТЗ"

123. Инженер-технолог ЦЗЛ ОАО "ВТЗ"к1. Т.В.Бесшапошникова

124. Завкафедрой ЛП и КМ ВлГУ, д.т.н.,профессор

125. Доцент кафедры ЛП и КМ ВлГУ к.т.н., доцент

126. Масса годного металла, кг № 1000

127. Емкость тигля печи ИАТ-0,4, кг (V) 400

128. Мощность печи, кВт (N3 1701. Выход годного, % (Вт) 94

129. Аренда площадей, руб/м^ес. (А) 20

130. Стоимость эл. энергии, руб/кВтч (СО 0,4

131. Стоимость флюса, руб/кг (Сф) 5

132. Расход флюса, кг/т (РФ) 500

133. Стоимость стружки, руб/т (Сстр) 4000

134. Стоимость годного сплава, руб/т (Сспл) 23000

135. Количество рабочих, чел (П) 23/пл рабочих, руб/мес (Зпя) 4000

136. Производительность, кг/ч (П) 50

137. Площадь участка, м2 (8) 30

138. Отчисления на соц. страх., % (Ксс) 38,5

139. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ:

140. Количество шихты (стружки), необходимое для получения 1 тонны годного сплава (Мш)

141. Мш = (МУВГ>100 % = (1000/94) -100 % = 1064 (кг).

142. Время, необходимое для получения 1 т годного сплава (Т)1. Т= 1064/50 = 22(4).

143. Расход электрической энергии (Рэ)

144. Рэ = N ■ Т = 170 • 22 = 3740 (кВт)

145. Затраты на электрическую энергию (Зэ)

146. Зэ = Сэ • Рэ = 0,4 • 3740 = 1496 (руб)

147. Затраты на приобретение флюса (Зф)

148. Зф = Сф • Рф = 5 • 500 = 2500 (руб)

149. Расходы на заработную плату рабочих (РЗШ1) с учетом начислений42%)

150. Рзпд. = п • Зпд • Т • (1 + 0,42) = 2 • 23 • 22 • 1,42 = 1437 (руб).

151. Оплата аренды площадей (Па)

152. Па = А • S • Кисппл. = 20 • 30 • 1/5 = 120 (руб), (Кисп пл.= 1/5 коэффициент использования площадей).1. ИТОГО

153. Затраты на переплав 1 т стружки алюминиевых сплавов (ЗПОЛн) Зполн — Зэ + Зф + Рз.пл. Па "I" Сстр = 1496 + 2500 + 1437 + 120 + 4000 = 9553 (руб) Ожидаемый экономический эффект от переплава 1,064 т стружки алюминиевых сплавов (Ээф)

154. Ээф= Сспл-Зполн = 23000 9553 = 13447 (руб)

155. Зам. главного металлурга литейного завода ОАО "ВТЗ"1. А.Ф. Юдин

156. Доцент кафедры ЛП и КМ ВлГУ к.т.н., доцент1. Аспирант1. С.В. Скитович

157. Утверждав кректор ОАО "Ареал-2" .С.Антипов

158. Утверждаю //fy*Проре^хМпо НИР ВлГН &ЖКоростелев1. W''' I » в'1. N . / . / . i1. АКТопытных испытаний технологического процесса подготовки и термофлюсового переплава изделий из пищевого алюминия с лако-красочными покрытиями

159. Со стороны 0А0"Ареал-2" Инженер1. В.Н.Юпин