CC BY
430
Трусов В.А., Вершинин Н.Н., Селиванов Е.П , Грузин Д.П., Безбородова О.Е.
Пензенский государственный университет
О ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ВТОРИЧНЫХ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ
Анализ сложившейся в настоящее время в России ситуации с производством вторичных алюминиевых сплавов показывает существенное отставание от западноевропейских заводов по переплавке алюминиевого лома и отходов. В 90-х годах прошлого столетия предприниматели Россиив основном продавали алюминиевые лома за границу. В начале 21 века производство вторичных алюминиевых сплавов серийно производилось на крупных предприятиях России: таких как Подольский ВЦМ, Мценский завод по переработке вторичных алюминиевых ломов, Самарский завод цветных металлов (поселок Алексеевка) и ряд других, но уже просматривалась тенденция организации производства вторичных алюминиевых сплавов с месячной производительностью 400-800 тонн преимущественно в Европейской части России.
Между тем, производство вторичного алюминия в силу меньших энергетических затрат и существенно меньших, чем при производстве первичного металла, выбросов вредных веществ в окружающую природную среду, будет возрастать. По прогнозам доля вторичного алюминия вобщем потреблении к 2030 году может возрасти до 22 - 24 млн. т. в год[1].
Для достижения поставленных задач в области переплава алюминиевых ломов следует широко внедрять инновационные технологии по следующим направлениям:
1. На средних и крупных предприятиях внедрять переработкуобразующегося на предприятии алюминиевого шлака.
2. Использовать экономичные высокопроизводительные газовые плавильные печи.
3. Совершенствовать технологию подготовки алюминиевого лома к плавке.
4. Снижать затраты на рафинирование от магния при производстве сплавов с Mg < 0,1 %.
5. Совершенствовать технологии переработки ломов на высококачественные сплавы.
6. Широко внедрять в производство газовые ванные печи с ведением форсированного режима плавки, снабжённых системой очистки от вредных выбросов.
7. Использовать для получения высокотехнологичных сплавов газовые плавильные роторные печи.
8. Устанавливать в плавильных печах газовые инжекционные горелки.
9. Разрабатывать и внедрять технологии снижающие потери металла на всех операциях техпроцесса.
Разберём некоторые направления подробнее.
Важной задачей при переплаве являетсяпереработка образующегося на предприятии шлака.В настоящее время на заводах использующих пламенную отражательную плавку образуется порядка 14-16% от веса перерабатываемого лома шлаков и выгребов. На практике в шлаках, после ручной выборки корольков содержание алюминия составляет не более 20%. При относительно малых объёмах шлакообразования (400-2000 тонн в год), приобретение печи для переработки шлаков просто будет экономически нецелесообразно. В этом случае экономически оправдана будет продажа шлака предприятиям, которые перерабатывают шлак в больших объёмах.При объёмах шлака от 500 до 5000 тонн/год следует использовать установки горячего выдавливания металла из шлака, которые позволят извлекать из шлаков до 70% содержащегося в них жидкого алюминия и решить вопрос «выгорания металла» в процессе его остывания, существенно снизит «пыление» шлака при хранении и транспортировке [2]. Например, использование горячего прессования шлаков для объёма образования -3000 т/год, позволит получить дополнительно :
3000 х 0,25 х 0,8 х 0,95 = 570 т. в год металла;
где: 0,25 - содержание металла в шлаке;
0,8 - извлечение при прессовании;
0,95 - извлечение при переплаве выжимка.
Расчётный срок окупаемости установки горячего прессования шлаков составит 3 - 5 меся-
цев. Следует отметить, что использование горячего прессования шлаков позволит сократить ручной труд и снизить потери металла при остывании шлаков в шлаковнях и на складе. При объёмах производства шлака более 5000 тонн/год авторы предлагают приобрести печь для переработки шлака.
Переработка окисленной части шлака должно осуществляться по стандартной технологии: дробление
- сепарация с выделением королькового металла в концентрат с содержанием металла не менее 50 %.
В последние годы некоторые предприятия используют вращающиеся наклоняющиеся печи грушевидной формы с петлевым факелом для переработки концентрата от обогащения алюминиевых шлаков. Технология предполагает низкий расход солей (5-7%), а, следовательно, и малые потери металла со шлаками, меньший унос хлоридов с отходящими газами. Однако практика показывает, что плавка шлаков во вращающихся поворотных печах, в отличие от плавки кускового лома, не даёт желаемых результатов. В этом случае необходимо иметь высококвалифицированных плавильщиков металла и сплавов. При плавке необходимо учитывать:
во-первых, из-за высокой летучести хлоридов (когда они испарятся, в слое шлака могут пойти металло-термические реакции);
во-вторых, из-за измельчения расплавленных корольков металла слоем окислов.
Теоретические и экспериментальные исследования процессов плавки алюминиевого лома показывают, что для снижения потерь металла за счёт окисления, плавка должна протекать в режимах максимально возможного теплового потока от источника тепла к приёмнику. При плавке мелкого сыпучего шлака или шлакового концентрата этого можно достичь путем подачи тепла в тонкий слой материала, а для резкого сокращения окисляемой поверхности металла (единичных капель металла) необходимо создать условия для их слияния: «мягкое» перемешивание в присутствии поверхностно активных добавок - рас-
плавленных хлоридов и фторидов.
Эти условия могут быть созданы в условиях поворотной и вращающейся противоточной цилиндрической печи.
Плавка осуществляется с изменением наклона печи от 0 до 5 - 7 град. и малом числе оборотов при высоте слоя материала 100 - 150 мм. Исследования по плавке шлаков показали, что при расходе солей не более 7% извлечение в жидкий металл составляет до 95% от исходного содержания. В каждом конкретном случае и для каждого конкретного сырья и полупродуктов необходимо подбирать количество флюсов, температуру процесса и скорость перемещения нагреваемых сырья и продуктов плавки.
Не менее важной задачей при проиэводстве вторичных алюминиевых сплавов является расширение номенклатуры и выпуск высокомарочных сплавов по мировым стандартам. Высокомарочные сплавы невозможно получить без рафинирования вторичных алюминиевых сплавов.
Нашли широкое применение следующие флюсы производства Белтехнолит (республика Беларусь г. Минск) ФМС-1, ФМС-1к, ФМС-3, ФМС-5, ФМС-9, флюс «Алюминит-2» производства г. Буй Костромской области, флюс «Экораф 3».Авторы проводили эксперименты на двух трёхтонных печах, установленных в
1
ООО «Промышленное литьё» г.Пензас покровно- рафинирующим флюсом» ТУ РБ 100196035.005-2000, который представляет собой серый порошок. При экспериментах использовался алюминиевый лом средней загрязнённости. Многочисленные эксперименты показали, чтоэтот флюс обеспечивает:
1) создание сухого защитно-покровного слоя на поверхности расплава, препятствующего контакту печной атмосферы с расплавом и, как следствие, исключение насыщения расплава образующимся в процессе сгорания углеводородного топлива водородом, а также протеканию окислительных процессов на границе раздела «расплав — печная атмосфера»;
2) адсорбционное рафинирование алюминия от комплексов хА1203^уН и других неметаллических включений;
3) связывание адсорбированных комплексов хА1203^уН и присутствующих в сплаве неметаллических
включений в легко отшлаковывающиеся, устойчивые в интервале температур 570-1000 °С комплексные
химические соединения;
4) минимизацию содержания алюминия в шлаке за счет протекания пиротермических реакций восстановления алюминия из окислов и, как следствие, образования сухого, хорошо скачиваемого с поверхности расплава шлака;
5) снижение поверхностного натяжения на границе раздела «флюс — расплав», что минимизирует захват алюминия в виде корольков и позволяет переплавлять стружечные отходы и высокодисперсные шихтовые материалы;
6) создание защитно-восстановительной атмосферы в результате термической диссоциации карбонатной составляющей флюсовой композиции, что блокирует протекание окислительных процессов;
7) снижение зарастания стенок плавильных агрегатов и плавильно- заливочного инструмента за счет подавления адгезионных процессов на границах раздела «футеровка плавильной печи — расплав» и «поверхность плавильно-заливочного инструмента — расплав». Следует отметить, что
флюс инертен по отношению к шамотной футеровке печи.Далее на тех же печах для переработки сильно загрязненных ломов, дисперсных материалов и стружки для экспериментов был взят флюс по-кровно- рафинирующий самоплавящийся ТУ РБ 100196035.005-2000. Флюс представляет собой легкоплавкий порошкообразный препарат, который в процессе плавок обеспечивал:
- создание жидкой ионной композиции на поверхности металлического расплава, выполняющей покровно-защитные функции;
- рафинирование алюминия от комплексов хA1203•уН и других неметаллических включений за счет их адсорбции и растворения в ионном расплаве;
- минимизацию содержания алюминия в шлаковой фазе за счет низкого поверхностного натяжения на границе раздела «металлический расплав — ионный расплав»;
Флюс показал хорошие результаты и авторы этот флюс рекомендуют к использованию при переплаве сильно окисленных и загрязненных значительными по площади пленочными окислами отходов литейного производства (шлаки, съемы с раздаточных печей и т. п.).
Кроме того, авторы для обеспечения модифицированной структуры эвтектической составляющей силуминов проводили плавки с покровно- рафинирующимфлюсом, обладающим модифицирующим эффектом производимым по ТУ РБ 100196035.005- 2000. Авторы сделали вывод, что данный препарат, обладая всеми рафинирующе- дегазирующими, покровно-защитными, ресурсосберегающими показателями препарата «Флюс покровно-рафинирующий» ТУ РБ 100196035.005-2000, обеспечивает измельчение эвтектического кремния за счет включения в его состав натрийсодержащих соединений. Флюс может использоваться как самостоятельный препарат, а также в комплексе с соответствующими таблетками. Более того, для получения максимального рафинирующе-дегазирующего эффекта рекомендуется комплексная обработка расплава таблетированными препаратами и флюсовыми композициями. Проведя другие эксперименты, авторы реко-мендуютдля усиления процесса модифицирования B-Si фазы в заэвтектических силуминах и минимизации потерь алюминия со шлаком использовать покровно-рафинирующий флюс для обработки заэвтектических силуминов, выпускаемый по ТУ РБ 100196035.005-2000, который предназначен для совместного применения с препаратом «Таблетка дегазирующая с модифицирующим эффектом для заэвтектических силуминов» ТУ РБ 14744129.004-98. Основное назначение указанной флюсовой композиции — минимизация потерь металла со шлаком и обеспечение защитного покровного слоя на поверхности расплава.
Разработаны препараты и промышленная технология, позволяющие перерабатывать отходы с повышенным содержанием магния и щелочноземельных металлов (ЩЗМ). В настоящее время для удаления из сплавов избыточного магния используется, в основном, рафинирующие флюсы на основе хлоридов и фторидов калия, натрия и алюминия. Хорошие результаты по удалению избыточного магния из алюминиевых сплавов при плавке в газовых ванных печах отражательного типа показал флюс к.т.н. Рабиновича г. Владимир, который его разработал и наладил серийное производство. Этот флюс, удаляющий магний широко используют на следующих предприятиях России: ООО «Ресурсы Поволжья», ООО «Эком», ООО «Промышленное литьё» г. Пенза, ООО «УЗТС-Станколит» г.Ульяновск.Затраты на приобретение флюсов на некоторых, производящих высокомарочные литейные сплавы предприятиях, существенны. В связи с этим повышение эффективности их использования актуально, как с точки зрения снижения себестоимости сплавов, так и снижения вредных выбросов в окружающую среду. На практике, при существующих технологиях флюсования, расход активного флюса (смесь криолита, фтористого алюминия и сильвинита) обычно составляет 7-10 кг на 1 кг магния, что в 2-3 раза больше теоретически необходимого. Повышенный расход флюсов увеличивает выход шлаков рафинирования, и, как следствие, потери металла с ним. Так, например, на заводе, использующем до 30 т/мес. флюса «ЭКОРАФ 3» из-за двойного его перерасхода образуется порядка 50 т. шлака дополнительно. В этот шлак будет, увлекается: 50 х 40% = 20 т алюминия, а теряется в связи с неполнотой извлечения и окисления порядка 8 т. металла. %. Исследования проводились и с флюсом, который разработали авторы. Основу флюса составляет криолит с добавками солей натрия и калия. Разработанный флюс защищает металл от окисления и растворяет оксид алюминия, имеющийся на алюминии, способствуя плавлению лома и отходов в однородный состав. Исследования показали, что применяемые для переплава алюминиевых ломов флюсы должны удовлетворять следующим требованиям:
- температура плавления должна быть ниже температуры плавления алюминия (659°С);
- плотность должна быть ниже плотности жидкого алюминия (2,3 г/см3) не менее чем на 10%;
- флюс должен хорошо поглощать (растворять) оксид алюминия, очищая от него металл;
- межфазная энергия флюса на границе с алюминием должна быть достаточно большой, чтобы предотвратить запутывание капель металла во флюсе.
Всем этим требованиям отвечает разработанный авторами флюс.
Компоненты флюса измельчались до фракции 0,5-0,7 мм. Далее компоненты взвешивались и тщательно перемешивались до получения однородной смеси. Для уменьшения содержания водорода в переплавляемом металле, перед загрузкой в печь флюс прокаливался при температуре 200-250°С. Угар и
2
безвозвратные потери при плавках были в пределах 10-10,3 %. Расход флюса составил в среднем 7,9 кг. на 1 кг. магния. Существенно отметить, что эффективность применения разработанного авторами флюса и флюса к.т.н. Рабиновича (г. Владимир) одинакова, цена 1 тонны флюса также одинакова. Флюс вводится в расплавленный металл с помощью колокольчика, причём флюс помещается в него, завернутым в фольгу. Перемешивание производилось колокольчиком, скребком и специальным приспособлением, который представляет собой стальной или титановый лист произвольной формы с просверленными в нём многочисленными крупными отверстиями (0 10-15 мм) . Перпендикулярно к листу была приварена ручка в виде прутка. После окончания барботажа жидкого металла авторы дожидались полного расплавления флюса. Вынимая и вновь погружая приспособление, авторы замешивали всплывший шлак с поверхности в глубину расплава. Затем осторожно очищали счищалкой (шумовкой) внутреннюю поверхность ванны печи от шлака и ещё раз замешивали шлак в расплав. После необходимой выдержки производили разливку металла.
Технология должна предусматривать минимизацию времени рафинирования, которое в настоящее время составляет 45-90 минут, и при более глубоком рафинировании от магния (до 0,1%), может, существенно возрасти. В настоящее время имеются технологии плавки и рафинирования вторичного алюминия позволяющие сократить потери со шлаками, снизить расход флюсов и времени рафинирования, снизить выбросы галогенов в окружающую среду, в т.ч. и залповые выбросы. Для доведения качества сплавов до уровней мировых стандартов по содержанию водорода и неметаллических включений на заводах необходимо внедрить систему рафинирования металла в процессе его разлива на конвейер, включающий продувку расплава азотом с последующей фильтрацией через стеклосетку или пенокерамический фильтр. Инвестиции на создание и освоение такой установки составят прядка 10 тыс. $, эксплуатационные затраты - около 1,2 $ на тонну сплава. Такая установка с положительным эффектом прошла широкомасштабные промышленные испытания на Ташкентском и Харьковском заводах Вторцветмет ещё в 80-х годах. Существенно отметить, что при рафинировании флюсами алюминиевых сплавов выделяется большое количество вредных веществ, находящихся в дымовых газах. Для их обезвреживания и удаления пыли авторы разработали и внедрили установки пылегазоочистки.Один из вариантов установки пылегазоочистки изображён на рисунке 1.
Пылегазоочистка представляет собой сборный стальной цилиндрической формы корпус 1, в нижней части которого имеется поворотная загрузочная решётка 2 с отверстиями. Выше загрузочной решётки 2 расположен загрузочный патрубок 3. В верхней части цилиндрического корпуса 1 размещены вращающиеся рукавные фильтры, которые улавливают пылевидные частицы из дымовых газов. Вверху установки размещён привод вращения рукавных фильтров, состоящий из электродвигателя 4, червячного редуктора 5 и специальной тарелки б. В верхней части корпуса 1 на кронштейне 7 размещена воздуходувка 8 с электродвигателем, обслуживающая площадка 9 опирается на четыре опоры 10 и имеет слева лестницу 11. Отработанный адсорбент и пыль собираются в конусной части 12 корпуса. Очищаемые газы из печи подаются в установку пылегазоочистки через патрубок 13. До патрубка 13 установлен дымосос ДН-9у. Принцип работы установки пылегазоочистки заключается в следующем: из плавильной печи дымовые газы нагнетаются дымососом ДН-9у в патрубок 13 и под давлением проходят слой адсорбента, при этом образуется «кипящий слой», в результате чего вредные вещества, находящиеся в дымовых газах, адсорбируются гашёной известью и активированным углём.
После очистки дымовых газов от вредных веществ они очищаются от пыли во вращающихся рукавных фильтрах, находящихся в верхней части цилиндрического корпуса 1. Очищенные газы воздуходувкой 8 нагнетаются в дымовую трубу и удаляются в атмосферу. Отработанный адсорбент выгружается через нижнюю горловину 14 корпуса в металлическую ёмкость и увозится в отвал.
Основные технические характеристики установки пылегазоочистки: - производительность по очищаемому газу 5400 м3/час;
3
площадь поверхности фильтрования 10,2 м 2 ;
количество рукавных фильтров 8 шт ;
толщина слоя адсорб ента 0,35 м;
гидравлическое сопротивление участка ВС до 5кПа
степень очистки по фтористому водороду 62%;
степень очистки по окиси меди 82%;
степень очистки по окиси углерода 86%;
степень очистки по окиси азота 83%;
степень очистки по окиси алюминия 80%;
степень очистки по пыли 90%;
температура очищаемого газа от20 до
•температура наружной поверхности аппарата
от 45 до 60
С;
С;
- уровень звука не более 85 ДБА;
- энергетические затраты на очистку 8 кВт/ч.
Следует отметить некоторыеинновации в конструировании газовых плавильных печей отражательного типа и инновационные технологии плавки.Анализ условий теплопередачи, реализуемой в топливных печах отражательного типа показывает, что теплопередача в них осуществляется, в основном, за счёт лучистого теплообмена (радиацией) и зависит от нескольких факторов: коэффициента лучеиспускания
от газа и кладки на материал (шихта, ванна расплава), разности температур между теплоотдающими и тепловоспринимающими поверхностями в четвертой степени, величине этих поверхностей и времени воздействия. Поскольку все эти величины, за исключением температуры теплоотдающих поверхностей, практически постоянны, то существенно повысить теплоотдачу можно только повышением температуры в печном пространстве. Повышение теплоотдачи естественно приведет к повышению скорости плавки шихты. При плавке алюминия скорость нагрева шихты во многом определяет и количество окислившегося в процессе плавки металла[2].
При переходе с установившейся на заводах технологии плавки на плавку с «горячим ходом», (до
1200°С под сводом плавильной печи) извлечения можно повысить ещё, как минимум на 1,5%) .
Однако в существующих на заводах отражательных печах с горелками отечественного производства, работающими на холодном или подогретом до 200°С воздухе достижение такой температуры в плавильном пространстве потребует повышение расхода топлива, как минимум на 25-30%, что повлечёт за собой увеличение объёма дымовых газов и их температуры. Существующие системы дымоотвода и газоочистки вряд ли справятся с новыми параметрами отходящих газов.
В сложившейся ситуации напрашивается два технических решения:
- применение системы регенерации тепла дымовых газов с использованием горелок работающих на подогретом до 900°С воздухе.
Система позволяет сократить на 25-30% расход топлива и снизить температуру отходящих дымовых газов до 200 - 260°С.
Последний факт существенно облегчит работу системы пылеулавливания и значительно сократит выбросы вредных веществ в окружающую среду;
- использование обогащённого кислородом дутья (до30% О2), что позволит существенно повысить температуру факела при одновременном снижении количества отходящих газов, уменьшение количества воздуха на их разбавление для снижения температуры перед рукавными фильтрами.
Следует отметить, что авторы разработали несколько вариантов конструкций газовых ванных печей отражательного типа для ведения форсированного режима плавки с использованием инновационных технологий. Например, запатентованный вариант печи (рисунок 2) с торцевым размещением горелок и фронтальной загрузкой шихты [3].
1-лёточная стена; 2-подовые блоки; 3-рабочий стол (наклонная площадка); 4-завалочная стена; 5-песчаная подбивка; 6-лётка; 7-двутавры каркаса; 8-швеллеры каркаса; 9-бетон каркаса; 10-лёточный кирпич; 11-вертикальные швеллеры; 12-горизонтальные швеллеры; 13-свод рабочего окна; 14-свод шлакового окна
Рисунок 2. Продольный разрез печи
4
Печь имеет отличную теплоизоляцию стен, свода, наклонной площадки, подины. Благодаря высокой тепловой мощности установленных в печи четырёх газовых инжекционных шести смесительных горелок достигается высокая скорость плавления лома. Из-за высокой скорости плавки печь имеет низкий угар. В печи для футеровки подины и наклонной площадки используются подовые блоки ШСУ. Инжекцион-ные горелки размещены в торцевой лёточной стене. Установленные в печи газовые инжекционные горелки запатентованы и отличаются от серийно выпускаемых большим (в 2,5-3 раза) сроком эксплуатации, наличием кожуха для набивки пространства между смесителями огнеупорной набивной массой, в них имеется стабилизирующий пламя горелочный туннель, изготовленный из жаростойкого чугуна [4] . Печь имеет достаточно высокую герметичность и, как следствие, малый угар благодаря использованию запатентованного специального устройства для подъёма и опускания заслонки печи, который установлен на завалочном и шлаковом окнах [5]. В конструкцию печи введён быстросменный лёточный кирпич, который позволяет в случае его износа произвести замену на новый в течение 20 минут между плавками [б] . Три печи такой конструкции смонтированы в ООО «Ресурсы Поволжья», ООО «Эком», две установлены г. Твери. Исследования, проведенные в течении трёх лет на следующих предприятиях: ООО «Ресурсы Поволжья», ООО «Эком», ООО «Промышленное литьё» г. Пенза, ООО «УЗТС-Станколит» г. Ульяновск показали, что внедрение на них четырёх изобретений снизило угар в среднем на 0,67%. Второй вариант запатентованной конструкции газовой ванной печи отражательного типа имеет пять инжекцион-ных газовых двухрядных горелок, размещённых в торцевой стене и направленных на наклонную площадку, а две горелки размещены в боковой стене и направлены на подину [7]. Печь имеет хорошую теплоизоляцию стен, свода, наклонной площадки, подины и высокую скорость плавления. Первый и второй вариант печи разработан с системой пылегазоочистки. Второй вариант печи (рис. 3) имеет запатентованное устройство для подъёма и опускания заслонки печи, которое обеспечивает достаточную герметичность и имеет выносной пульт управления заслонкой, который позволяет открывать и закрывать заслонку завалочного и шлакового окна газовой плавильной печи на расстоянии 15 метров [8]. В конструкцию печи введен запатентованный поворотно- вращающийся жёлоб, который снижает угар металла по сравнению с обычными жёлобами и обеспечивает разливку металла в разливочные устройства, расположенные в секторе с углом 120° [9]. Две печи такой конструкции смонтированы на ООО «УЗТС-Станколит в г. Ульяновске и оснащены поворотно-вращающимися жёлобами позволяющими обслуживать разливочный конвейер и разливочную карусель.
1-лёточная стена; 2-подина печи; 3-рабочий стол (наклонная площадка); 4-фронтальная стена; 5-песчаная подбивка; 7-двутавры каркаса; 8-швеллеры каркаса; 9-бетон каркаса; 10-лёточный кирпич; 11-вертикальные швеллеры; 12-горизонтальные швеллеры; 13-перекрытие горелки (блок ШСУ33-1); 14-свод; 15-горелки инжекционные БИГ 2-4; 16-горелка инжекционные БИГ 2-6; 17-блок перекрытия.
Рисунок 3 Продольный разрез печи
Третий вариант запатентованной конструкции газовой ванной печи имеет торцевую загрузку шихты, в ней установлено 6 газовых инжекционных горелок, направленных на подину и наклонную площадку [10]. Она смонтирована на каркасе, к которому приварен стальной короб, имеющий теплоизоляцию между ним и каждой стеной, состоящую из шамотной крошки, огнеупорной ваты, тройного слоя листового асбокартона и асбестовой крошки. Кроме того, хорошую теплоизоляцию имеет каркас печи и свод. Печь имеет две лётки для выпуска расплавленного металла, выполненные в быстросменных лёточных кирпичах в коробе для обеспечения возможности их замены без остановки печи.Одна печь такой конструкции смонтирована в г. Новосибирске, вторая строится в г. Саратове.
Четвёртый вариант запатентованной конструкции газовой шахтно-ванной рис. 4,5 имеет два рабочих окна: верхнее в шахте и нижнее в плавильной камере, через которые происходит загрузка шихты с двух мест[11]. Благодаря отмеченному выше в регламенте технологического процесса больше времени
5
отводится на плавку, печь проплавляет больше алюминиевого лома. Загружаемая в печь шихта движется вниз, а раскаленные дымовые газы движутся вверх, нагревая при этом шихту. Принцип противотока позволяет полнее использовать полученное при горении тепло, получить при этом высокий тепловой КПД. Вместе с тем, шахтно-отражательная печь для переплава алюминиевого лома имеет в плавильной камере и накопительной ванне по две газовые горелки. Такое расположение горелок позволяет добиться высокой скорости плавки, снижения угара (по практическим данным), а также делает печь высокопроизводительной, позволяющей вести форсированный режим плавки.При этом шахтно-отражательная печь для переплава алюминиевого лома имеет поворотный желоб, который имеет в конструкции поворотную чашу, что позволяет последовательно разливать наплавленный в печи металл в разливочное оборудование, расположенное в секторе обслуживания с углом 130°. Поворотный желоб при разливки жидкого металла закрыт крышкой, которая снижает потери тепла и выделение газов, улучшает условия труда обслуживающего персонала.
Более того, к каркасу печи приварен стальной короб, имеющий теплоизоляцию между ним и каждой стеной, состоящую из трех слоев листового асбокартона. Такое конструктивное решение значительно снижает потери тепла в окружающую среду.
Существенно отметить, что своды плавильной камеры и накопительной ванны имеют двойную огнеупорную теплоизоляционную обмазку и сверху их уложен слой огнеупорных теплоизоляционных матов. Это дополнительно уменьшает теплопотери из печи. Кроме того, печь имеет заслонку верхнего рабочего окна с двумя приваренными стальными патрубками и тройным теплоизоляционным слоем листового асбокартона, футерованной легковесным огнеупорным кирпичом, выступающим за раму на 50-60 мм и образующим при закрытии надежный «Г-образный замок», что способствует уменьшению угара и снижению теплопотерь. Наличие рабочего и шлакового окон в плавильной камере и рабочего в накопительной ванне позволяет вести в печи переплавку несортированного от инородных включений лома, так как приделки (чугунные и стальные кольца, вкладыши, втулки, шпильки, толкатели, клапаны и т. д.) не попадают в расплавленный металл, а также вести загрузку шихты без приделок черных металлов в рабочее окно накопительной ванны. В составе печи имеется установка пылегазоочистки, которая позволяет вести процесс переплава на естественной и искусственной тяге с очисткой дымовых газов от вредных веществ и пыли.
6
Во всех описанных конструкциях печей используются разработанные и запатентованные авторами горелки. Другие варианты конструкций печей описаны в источнике [10].
Выводы.
В условиях всё возрастающего дефицита сырья для выплавки высококачественных вторичных алюминиевых сплавов внедрение описанных инновационных технологий в производство вторичных алюминиевых сплавов является актуальной задачей.
Наиболее важными являются следующие мероприятия:
-переработка алюминиевых шлаков, позволяющих возвращать в производство увлеченный при выгребе шлака из печи металл;
-внедрение инновационных технологий рафинирования алюминиевых сплавов с целью сокращения расходов активных флюсов и повышения качества металлов по содержанию неметаллических включений и водорода;
-применение инновационных систем регенерации тепла отходящих газов с цель подогрева воздуха поступающего на горение до 900°С с одновременным снижением температуры отходящих газов до 200 -2 6 0° С;
-использование дутья обогащенного кислородом для повышения теплоотдачи факела в плавильных печах;
-использование газовых ванных печей отражательного типа с большой тепловой мощностью для ведения форсированного режима плавки, а также использование в них газовых инжекционных горелок с большим сроком эксплуатации;
- использование в ванных плавильных печах для футеровки подины и наклонной площадки,стен, инновационных технологий футеровки, современныхподовых блоков ШСУ, ВШБС, МКРТУ, МЛСУ и разработанную авторами набивную массу, которые позволяют, в целом, увеличить срок службы печи в 2,5-2,7 раза;
- для улучшения экологической обстановки рекомендуется использовать инновационные системы очистки дымовых газов от вредных веществ и пыли;
- вводить в конструкцию плавильной печи быстросменный лёточный кирпич, который позволяет в случае его износа произвести быструю замену на новый в течение 20 минут в период между плавками;
-сооружать плавильные печи с хорошей теплоизоляцией и герметичными устройствами подъёма и опускания заслонки печи, которые позволяют снизить угар и расход топлива.
ЛИТЕРАТУРА
1. В. Фёдоров. Вторичный алюминий важное сырьё XXI века. Журнал Вторичные ресурсы № 4-5, с.58-59
2. Ю.П. Купряков. Шахтная плавка вторичного сырья цветных металлов, Москва. ЦНИИцветметэконо-мики и информации. 1995 г.
3. Трусов В. А. Патент на изобретение №2361161 «Отражательная печь для переплава металла».
Опубл.10.07.2009. Бюл. №19.
4. Трусов В.А. Патент на изобретение №2365816 «Горелка». Опубл. 27.08.2009. Бюл. №24.
5. Трусов В.А. Патент на изобретение №2324881 «Устройство для подъёма и опускания заслонки печи». Опубл. 20.05.2008. Бюл. №14
6. Трусов В.А. Патент на изобретение №2389958 «Лёточный кирпич». Опубл. 20.05.2010. Бюл. №14.
7. Трусов В. А. Патент на изобретение №2360983 «Отражательная печь для переплава металла».
Опубл.10.07.2009. Бюл. №19.
7
8. Трусов В.А. Патент на изобретение №2398167 «Устройство для подъёма и опускания заслонки печи». Опубл. 27.08.2010. Бюл. №24
9. Трусов В. А. Патент на изобретение №2373289 «Жёлоб для разливки жидкого металла». Опубл.
20.11.2009. Бюл. №32.
10. Трусов В. А. Патент на изобретение №2361162 «Отражательная печь для переплава металла». Опубл. 10.07.2009. Бюл. №19.
11. Трусов В. А. Патент на изобретение №2406953 «Шахтно - отражательная печь для переплава металла». Опубл. 20.12.2010. Бюл. № 35.
12. Трусов В.А.и другие. Анализ конструкций современных газовых однокамерных ванных печей для переплава алюминиевых ломов и используемых в них инжекционных горелок. Надёжность и качество -2010: труды Международного симпозиума Пенза: ПГУ, 2010-2т.-492 с.
8
