Спосіб здобування металевого алюмінію з гарячих шлаків

Описуваний винахід належить до кольорової металургії, зокрема до способів зниження втрат металу зі шлаками, що утворюються при плавці металу в плавильних печах, і може бути використаний на підприємствах вторинної кольорової металургії. Відомий спосіб здобування металевого алюмінію з алюмінієвих шлаків шляхом їхнього дроблення, відділення металевої фракції та повернення відділеного металу у плавильну піч (Авт. св. СРСР №1167224, МПК С22В7/04, з. 16.02.81, оп. 15.07.85). До недоліків цього способу переробки відносяться технологічна складність і необхідність громіздкого устаткування. Відомий спосіб здобування металу з гарячих шлаків шляхом їхньої обробки поза піччю в стаціонарному тиглі чи ємності з обертовою мішалкою (Пат. США №3198505, НПК 266-37, з. 20.12.62, оп. 03.08.65). Цей спосіб полягає в тім, що шлак у гарячому стані, відразу після його видалення з плавильної печі, транспортується до місця переробки і завантажується у вертикальну стаціонарну ємність. При включенні привода мішалки затверділий шлак подрібнюється, вкраплені в нього частки металу під дією відцентрових сил спрямовуються до стінок ємності, з'єднуються там і опускаються на дно ємності, відкіля вони зливаються в підставлений металозбірник. Відділений у такий спосіб метал повертають у плавильну піч. До недоліків цього способу відноситься необхідність у спеціальному устатк уванні, а також те, що за час транспортування і переробки шлаку його температура швидко падає, при цьому деякі часточки рідкого металу встигають затвердіти і їхнє вилучення стає неможливим. Відомий також спосіб здобування металу з гарячих шлаків шляхом їхньої обробки поза піччю в обертовому тиглі (Авт. св. СРСР №85047, ”Бюллетень изобретений”, 1950, №12, С22В9/02, з. 1948). Цей спосіб, як найбільш близький до способу, що заявляється, по технічній сутності, прийнятий за прототип. Він полягає в тім, що шлак після його видалення з плавильної печі транспортується до місця переробки і завантажується в обертовий тигель з вібруючою мішалкою. Тигель із завантаженим шлаком обертають зі швидкістю, достатньої для розвитку на периферії матеріалу відцентрової сили, що перевищує приблизно в три рази вагу металевої частини шлаку. Вібрація лопат руйнує окісні плівки на поверхні металевих часток і полегшує їхній рух через грузлу масу окислів і солей. Після обробки тигель нахиляють на 15° для зливу металу, потім на 45° і висипають тверді залишки. До недоліків даного способу відноситься висока собівартість здобування металу, обумовлена технологічною складністю здійснення процесу поза піччю і його низькою ефективністю, обумовлена необхідністю в спеціальному устаткуванні, необхідністю підтримки в тиглі температури ви ще температури кристалізації металевого алюмінію, необхідністю транспортування рідкого шлаку на переробку. В основу винаходу поставлена задача зниження собівартості здобування металу, що виплавляється, з гарячих шлаків. Поставлена задача досягається тим, що гарячий шлак вигрібають у мульду, на мульду встановлюють і закріплюють перфоровану кришку, після чого мульду з гарячим шлаком заносять назад у плавильну піч, перекидають на закріплену на ній перфоровану кришку, додатково нагрівають до температури, ви ще температури ліквідусу сплаву, що виплавляється, на 40-140°С и піддають круговим коливанням з кутовою o амплітудою a = 15 - 45 і частотою 15-30хв-1 безпосередньо в плавильній камері. Переробка шлаків безпосередньо в плавильній камері відразу ж після їхнього вигрібання в мульду дозволяє знизити витрати теплової енергії і часу на транспортування і додатковий підігрів шлаку в мульді, а здобутий зі шлаку рідкий метал відразу повертається назад у піч у тім же технологічному циклі виплавки. При цьому підігрів шлаку може бути сполучений у часі з процесом коливання мульди, перекинутою прикріпленою до неї перфорованою кришкою донизу. Для здійснення цього способу було розроблене і випробуване оснащення (фіг.1), що представляє собою коротку мульду, ширина якої на 100-200мм менше ширини завалочного вікна печі. У верхній частині мульди 1 із замком 2 уздовж її бічних сторін приварені направляючі куточки 3. Перфорована кришка 4 мульди постачена замком 5, за допомогою якого її можна захопити хоботом мульдозавалочної чи іншої аналогічної машини і вставити в направляючі куточки 3 зверху м ульди. При цьому мульда з вигрібами захоплюється перфорованою кришкою 4 і може заноситися в піч без перехоплення хоботом за її замок 2. Це скорочує тривалість здобування металу і дозволяє викопати всі необхідні технологічні операції за допомогою мульдозавалочної машини. Розглянемо приклад здобування алюмінію із сухи х гарячих шлаків і вигрібів при виплавці алюмінієвого сплаву ЛК7 з використанням 4-7% флюсів від ваги шихти, що завантажується. Спосіб здійснюється таким чином. Гарячий шлак у виді суміші кристалізованих неметалічних домішок, залізних прироблень і рідких часток металу вигрібається з печі в підставлену перед завалочним вікном мульду, після чого па неї встановлюють і закріплюють перфоровану кришку. Мульда захоплюється хоботом мульдозавалочної машини, заноситься в плавильну піч, перекидається перфорованою кришкою донизу, при необхідності додатково підігрівається па 40140°С вище температури ліквідусу сплаву, що виплавляється, і піддається круговим коливанням навколо осі хобота завалочної машини на кут 15-45° з частотою 15-30хв-1. Під дією виникаючих при зміні напрямку коливань інерційних сил частки рідкого алюмінію відриваються від твердих компонентів шлаку і через отвори в кришці випливають назад у розплав, а залізні прироблення і тверді компоненти шлаку затримуються перфорованою кришкою. Шлак, що залишився в мульді, після здобування з нього металу, вивантажують у шлаковницю. Масу металу, здобутого зі шлаку і повернутого в розплав печі, визначали шляхом зважування по різниці ваги мульди зі шлаком до і після здобування металу. Для більш точного визначення маси здобутого алюмінію шлаки обробляли не в печі, а над сталевим листом, встановленим на підлозі цеху. Потім метал збирали з листа і зважували. Масу залишкового (не здобутого) металу в шлаку визначали шляхом ретельної ручної вибірки зі шлаку, що залишився, усі х корольків і вкраплень алюмінію, для чого шлак попередньо відстоювали у виливниці, після кристалізації вивантажували на сталевий лист, прохолоджували і подрібнювали. У таблиці 1 представлені результати переробки гарячих шлаків і вигрібів при температурі 720±10°С. Вибіркові іспити переробки при інших температурних режимах показали, що найкращі умови здобування алюмінію відповідають температурі шлаку 660-760°С, що на 40-140°С вище температури ліквідусу (620°С) сплаву, що виплавляється, коли метал знаходиться в рідкому стані, а неметалічні частки шлаку ще не придбали рідкотекучість. Як видно з таблиці 1 найкраще відділення і здобування алюмінію зі шлаку відбуваються в інтервалі частот кругових коливань 15-30хв-1 із кутовою амплітудою 15-45°. При частоті коливань менш 15хв-1 і кутовій амплітуді менш 15° тривалість процесу ставала неприпустимо тривалою (більш 6хв), а саме здобування не завжди достатнім (до 50%). При частоті коливань більш 30хв-1 і кутовій амплітуді більш 45° починається процес самоздрібнювання шлаку і його перетирання об перфоровану кришку, у результаті чого разом з металом, що здобувається, через перфоровану кришку пересипається назад у розплав велика кількість (до 60% від здобутого металу) дрібнозернистих часток шлаку (просипі). При додатковому підігріві шлаку більш ніж на 140°С вище температури ліквідусу сплаву, що виплавляється, відбувається інтенсивне окислювання алюмінію і його взаємодія з продуктами дисоціації флюсів (Сl, F) і, як наслідок, збільшення вмісту окислів у металі, що здобувається, і його додаткові втрати. При різниці температури шлаку і температури ліквідусу сплаву, що виплавляється, менш 40°С рідкотекучість суміші металу і дрібних часток шлаку зменшується, у результаті чого їхній поділ і здобування алюмінію утрудняються. При підтримці технологічних параметрів процесу в оптимальних межах загальна тривалість циклу з моменту введення мульди зі шлаком у піч до видалення її з печі складає 3-4хв. При використанні даного способу здобування металевого алюмінію з гарячих шлаків не потрібно додаткове спеціальне технологічне устаткування і відпадає необхідність у додатковому транспортуванні гарячого шлаку до місця переробки, а відділенного металу - назад у плавильну піч. Таблиця 1 Результати здобування алюмінію з гарячих шлаків по пропонованому способу Параметри вібрації Маса вихідного Кутова гарячого амплітуда Частота хв 1 шлаку, a, град Мвих, кг Маса здобутого алюмінію, Мзд, кг 15 20 30 10 15 20 30 45 10 15 20 30 45 10 15 20 30 15 20 13,1 25,7 24,5 20,5 50,7 32,5 82,2 19,9 32,6 38,0 58,1 34,4 29,1 45,1 39,8 35,2 51,9 34,7 29,1 5 15 30 45 55 161,3 293,3 179,8 187,3 311,0 178,4 302,4 154,7 320,5 257,4 290,5 218,3 219,0 316,5 251,8 183,4 297,2 194,0 169,0 Вміст Маса Вміст алюмінію в залишкового (не Здобування алюмінію у здобутого) алюмінію зі залишковому вихідному алюмінію в шлаку З,% шлаку після шлаку Ввих, % переробки шлаку Мзал, кг Взал, % 33,2 28,7 28,4 22,4 47,0 24,8 35,3 17,6 29,8 30,2 45,1 19,2 39,6 32,1 34,1 23,7 25,0 24,3 67,0 9,6 5,7 21,4 85,1 3,9 6,4 29,3 92,8 2,9 16,3 23,4 55,1 12,1 37,3 21,8 46,7 13,0 13,0 19,8 74,5 5,9 7,0 22,4 89,3 3,0 2,3 16,8 93,8 1,25 26,5 25,4 52,4 14,0 39,7 26,8 53,2 14,6 7,3 18,7 84,6 3,4 7,2 23,1 83,1 4,9 33,4 28,7 60,8 13,6 18,6 27,4 65,1 11,7 23,6 31,2 55,1 16,9