CC BY
88
176/
г: гшшгггта
3 (62), 2011-
The perspective technological process of metall-thermal processing of aluminium alloys chips, scale and burden additive is developed.
В. Ю. СТЕЦЕНКО, ИТМНАН Беларуси
УДК 621.746
МЕТАЛЛОТЕРМИЧЕСКАЯ ПЕРЕРАБОТКА СТРУЖКИ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ, ОКАЛИНЫ И ДОМЕННОГО ПРИСАДА
Общее накопление оксидных железосодержащих отходов в отвалах и на свалках Республики Беларусь составляет не менее 2 млн. т, а перерабатывается из этого количества не более15% [1]. Для карботермического рециклинга большого количества сильно окисленных железосодержащих отходов необходимо доменное производство с полномасштабным металлургическим циклом. К сожалению, в Республике Беларусь нет такого производства, поэтому переработка (восстановление) окалины и доменного присада в металлические слитки остается весьма актуальной задачей.
Известно металлотермическое восстановление железа из его оксидов. При этом выделяющегося тепла достаточно для расплавления металла и шлака. Ежедневно на машиностроительных предприятиях Республики Беларусь образуется до 120 тыс. т окалины, пригодной для металлотермической переработки [1]. Окалина представлена в основном оксидом Fe3O4, а доменный присад - гидрокси-дом Fe(OH)з с небольшим содержанием металлической стружки. При алюмотермической переработке окалины происходит известная реакция:
3FeзO4 + 8А1 = 9Fe + 4А1203. (1)
Процесс (1) протекает со значительным экзотермическим эффектом: температура реакции достигает 2400 °С, образующееся железо и оксид алюминия (корунд) расплавляются [2]. Выход годного металла составляет 55%.
При алюмотермической переработке доменного присада будет протекать следующая реакция:
2Fe(OH)3 + 4А1 = 2Fe + 2А1203 + 3Н2 . (2)
Удельный тепловой эффект этого процесса такой же, как при переработке окалины (1) и равен
100 ккал/г-атом алюминия [3]. Выход годного металла по реакции (2) составляет 35%.
Главным недостатком алюмотермических процессов восстановления металлов из их оксидов является необходимость применения порошка алюминия [2]. Это значительно сдерживает использование этого перспективного технологического процесса. Вместе с тем, в Республике Беларусь имеется и каждый год образуется огромное количество стружки алюминиевых сплавов. Ее переплав в слитки затруднен высокими жаропрочностью и температурой плавления пленки оксида алюминия, которая составляет 2050 °С [4]. Эту жаропрочную пленку можно разрушить только специальными флюсами. При этом в расплав алюминиевого сплава переходит большое количество дисперсного оксида алюминия. Полученный композит мало пригоден для получения качественных заготовок из алюминиевых сплавов. Поэтому его в основном используют для раскисления стали. При этом в расплав дополнительно переходит дисперсный оксид алюминия, который загрязняет стальной слиток, уменьшая его механические и технологические свойства.
Температура металлотермического восстановления железа из его оксида превышает температуру плавления оксида алюминия. Это позволяет использовать стружку алюминиевых сплавов вместо алюминиевого порошка, что значительно удешевляет и упрощает алюмотермический процесс.
В стружке алюминиевых сплавов содержится до 13% кремния. Он также служит активным восстановителем железа из окалины:
3FeзO4 + 2Si = 3Fe + 2SiO2 . (3)
Удельный тепловой эффект этого экзотермического силикотермического процесса составляет 84 ккал/г-атом кремния [3]. Для самопроизвольно-
го протекания металлотермической реакции с максимальным выходом годного и хорошим разделением металла от шлака необходимо, чтобы удельный тепловой эффект превышал 72 ккал/г-атом металла восстановителя [2]. Для реакции (3) это условие выполняется.
Исходя из теоретических и экспериментальных исследований, для РУП «Могилеввтормет» (г. Могилев) был разработан технологический процесс металлотермической переработки стружки алюминиевых сплавов, окалины и доменного при-сада. Процесс включает следующие операции: измельчение стружки алюминиевых сплавов, термическую обработку компонентов смеси для удаления влаги и горючих веществ, проведение метал-лотермической плавки без затрат тепловой энергии. Конечными продуктами такой переработки являются стальные слитки и плавленый (литой) корунд. Его можно формировать в виде отливок. После измельчения плавленый корунд может применяться как абразив для производства наждачных кругов и бумаги. Кроме того, корундовый шлак заданного состава (глинозем) широко используется в различных отраслях народного хозяйства. Сталь-
/гггтгг^ г гтгтгтг/ттггггт /177
-3 (62), 2011 I Iff
ные слитки можно применять как шихтовые, легирующие, раскисляющие и модифицирующие материалы при выплавке стали и чугуна.
Главным достоинством металлотермического процесса является его огромная тепловая энергия. При горении ее выделяется столько, что если использовать металлотермическую смесь в качестве топлива, то она по удельной теплотворной способности будет превосходить каменный уголь в 62,5 раза [5]. Тонна металлотермического топлива, состоящего из 25% стружки алюминиевых сплавов, 75% окалины и доменного присада, может заменить 60 т каменного угля! При этом не выделяется двуоксид углерода, который в большом количестве получается при сгорании органического топлива. Металлотермическая смесь, добавленная в завалку печей для выплавки стали и чугуна, значительно снизит энергозатраты на производство слитков, что уменьшит их себестоимость.
Таким образом, металлотермическая переработка стружки алюминиевых сплавов, окалины и доменного присада является перспективным, ма-териало- и энергосберегающим технологическим процессом.
Литература
1. Р о в и н С. Л., Р о в и н Л. Е., З а я ц Т. М. Металлургические достоинства ротационных наклоняющихся печей // Литье и металлургия. 2010. № 4. С. 40-44.
2. Д у р р е р Р., Ф о л ь к е р т Г. Металлургия ферросплавов. М.: Металлургия, 1976. С. 75-86.
3. Справочник химика. Т. 1. Л.: Химия, 1971. С. 774-837.
4. Физико-химические свойства окислов: Справ. / Под ред. Г. В. Самсонова. М.: Металлургия, 1978.
5. Состав металлотермического топлива / И. М. Абачараев, М. М. Абачараев. Пат. РФ № 22254359 С 10 L 5/00.
