Спосіб виробництва сплавів алюміній-кремній

Спосіб виробництва сплавів алюміній-кремній, що включає приготування шихти, що містить Аl2О3 і SiO2, збагачення шихти, подачу її в плавильну піч, нагрівання шихти, плавлення її і наступне відновлення Аl2О3 і SiO2 до алюмінію і кремнію, який 3 35110 - відновлення Аl2О3 і SiO2 до алюмінію І кремнію. Однак дане відоме рішення має ряд недоліків, що знижують його технічну корисність. Так, для проведення плавки шихти, а потім відновлення оксидів Аl2О3 і SiO2, що утворюються, використовується газоподібний і рідкий кисень O2. Перший з них, газоподібний О2, виробляється на місці за допомогою установки, що споживає електроенергію від зовнішнього джерела. Другий, - рідкий О2, повинен постійно здобуватися в його стороннього виробника. До недоліку прототипу відноситься також необхідність застосування суміші вуглеводнів пропан-бутан. Таким чином, відоме технічне рішення має основний істотний недолік, обумовлений тим, що для одержання сплаву алюміній-кремній потрібно використовувати, по-перше, значні кількості електроенергії для виробництва газоподібного кисню, подруге, де фіцитні енергоносії - рідкі кисень і пропанбутан. В основу корисної моделі поставлено задачу розробити удосконалений спосіб виробництва сплавів алюміній-кремній, в якому шляхом зміни технології збагачення глинозем-кремнеземної сировини, а також суміщення процесів плавки Аl2О3 і SiO2 і відновлення їх до алюмінію і кремнію з процесом отримання паливно-відновлювального газу, забезпечити значне підвищення ефективності способу та зменшення енерговитрат. Поставлена задача вирішена в способі виробництва сплавів алюміній-кремній, що передбачає приготування шихти, що містить Аl2О3 і SіО2, збагачення шихти, подачу її в плавильну піч, нагрівання шихти, плавлення її і наступне відновлення Аl2О 3 і SіO2 до алюмінію і кремнію тим, що природну глинозем-кремнеземну сировину збагачують шляхом відмивання розчинених у воді компонентів, далі сушать теплом, отриманим в когенераційній установці і змішують з кам'яним вугіллям і СаО, отриманий при плавленні паливновiдновлювальний газ поділяють на дві частини, першу частин у подають в когенераційну установку, а другу використовують для завершального відновлення Аl2О3 і SiO 2 до алюмінію і кремнію. На кресленні зображена установка, в якій реалізується заявлений спосіб. Комплекс для виробництва сплавів алюмінійкремній містить сполучені між собою системою технологічних тр убопроводів піч-газифікатор 9, адсорбційний блок 17, когенераційну установку 18, установку для виробництва кисню 19, реактор 24, в нижній частині якого виконані фурми 28, металоприймач 25, пристрій для подання флюсу 27, дотискний компресор 29. Піч - газифікатор 9 установлена на основі 1. Нижня частина печігазифікатора 9 забезпечена кільцевим патрубком 4, живильником 7, нижньою 5 і верхньою 8 решітками. Верхня частина печі-газифікатора 9 забезпечена трубопроводом водяної пари 10, а всередині печі-газифікатора 9 розміщені внутрішня циліндрична обичайка 11 і перегородка 15. На верхній частині печі-газифікатора 9 установлений теплообмінник 12, а на ньому - водяний 13 І газовий 14 колектори. 4 Основа 1 має шибер 20 для видалення шлаку і шибер 21 для виведення розплаву в реактор 24. Комплекс також забезпечений насосом 16, вентилятором 22 і вакуум-насосом 26. Для пояснення роботи на кресленні показано: позиція 2 - шар сплаву алюміній-кремній, позиція 3 - шар рідкого шламу в основі печі-газифікатора 9, позиція 6 - шар шихти всередині печі-газифікатора 9, позиція 23 - шар сплаву алюміній-кремній в реакторі 24. Перелічені основні елементи і вузли комплексу сполучені між собою у такій послідовності. Газовий колектор 14 печІ-газифІкатора 9 сполучений з першим входом адсорбційного блока 17, другий вхід якого сполучений з виходом трубопроводу водяної пари 10, вхід якого сполучений з верхньою частиною реактора 24, перший вихід адсорбційного блока 17 сполучений з водяним колектором 13, другий ви хід - з насосом 16, а третій - з когенераційною установкою 18 і з входом дотискного компресора 29, вихід якого сполучений з фурмами 28 реактора 24, перший вхід якого сполучений з основою печі-газифікатора 9, другий вхід - з пристроєм для подання флюсу 27, а вихід - з металоприймачем 25, вихід когенераційної установки 18 сполучений з входом установки для виробництва кисню 19, вихід якої сполучений з кільцевим патрубком 4 печі-газифікатора 9. Важливим моментом в організації роботи енергометалургійної установки є підготовка шихтових матеріалів для виробництва сплаву Al-Si, що завантажуються в піч-газифікатор 9 через живильник 7. Глинозем-кремнеземна сировина перед приготуванням шихти збагачується відмиванням розчинних у воді компонентів і потім висушується за рахунок теплоти, виробленої когенераційною установкою 18. Після цього сировина змішується з кам'яним вугіллям середньої фракційності й СаО, що використовується як флюс. Кількість вугілля, що додається, визначається, виходячи із забезпечення наступних процесів, реалізованих в енергометалургійному комплексі: - нагрівання шихтови х матеріалів і компенсація втрат теплоти з печі-газифікатора 9; - розплавлювання оксидів Аl2О3 і SiO 2, що містяться в глинозем-кремнеземній сировині; - виробництво паливного газу газифікацією частини кам'яного вугілля, що вводиться додатково до складу шихтови х матеріалів в об'ємі, потрібному для виробництва в когенераційній установці 18 необхідної для неї кількості електроенергії, а також відновлювання в реакторі 24 окислів алюмінію й кремнію, що містяться в розплавленому сплаві AlSi в кількості до 7%. Робота електрометалургійної установки організується наступним чином. У піч-газифікатор 9, установлену на основу 1, безперервно через живильник 7 подається шихтовий матеріал. Теплота для нагрівання й плавки оксидів алюмінію й кремнію виробляється в результаті згоряння вугілля, що входить до складу шихтового матеріалу, в атмосфері кисню, який через кільцевий патрубок 4 і нижню решітку 5 з отворами надходить знизу вверх у піч-газифікатор 9. Кисень виробляється в установці 19, де реалі 5 35110 зуються процеси короткоциклової адсорбції для його вилучення з повітря. Киснева установка забезпечується енергією від когенераційної установки 18. Розплавлений сплав алюміній-кремній та рідкий шлак через отвори у вн утрішній циліндричній обичайці 11 печі-газифікатора 9 зливаються в її подову частину. Сплав 2 у подовій частині збирається знизу, а рідкий шлак 3 зверху. Шлак періодично видаляється з печі-газифікатора 9 через шибер 20 назовні, а рідкий сплав алюміній-кремній - зливається через шибер 21 у реактор 24. Оксиди алюмінію й кремнію, що містяться в шихтови х матеріалах 6, розплавляються до алюмінію й кремнію. У верхню частину активної зони печі-газифікатора 9 через решітку 8 подається водяна пара. Вона утворюється з води, що потрапляє через колектор 13. Вода нагрівається в теплообміннику-утилізаторі 12 і частково скипає. Водяна пара по трубопроводу 10 подається на решітку 8 і проникає у верхні шари ши хтових матеріалів 6. У цій частині відбувається газифікація вугілля в середовищі диоксиду вуглецю (СО2), що утворюється при горінні частини вугілля в нижніх шарах шихтових матеріалів 6, і водяної пари, що надходить у вер хню частин у шихтови х матеріалів. В результаті здійснення реакції газифікації: СO2 + H2 O + 2С = H2+ 3СО утворюється паливно-відновлювальний газ, що складається переважно з водню й оксиду вуглецю. Він характеризується високою калорійністю. Через внутрішню обичайку 11 печі-газифікатора 9, розділену перегородками 15, паливновідновлювальний газ проходить у теплообмінникутилізатор 12 і потім у колектор 14. Вихідний з колектора 14 газ містить невелику кількість (до 1%) вологи й СО2. Для його очищення й осушення він направляється в адсорбційний блок 17 з адсорберами, що періодично перемикаються.. Регенерація адсорбентів ведеться за рахунок вакуумування їх насосом 16. При цьому відповідний адсорбент для прискорення його 6 регенерації підігрівається частиною пари, що відбирається з трубопроводу 10. З цією метою усередині адсорберів є трубчасті змієвикові теплообмінники для подання до них водяної пари. Конденсат з адсорберів відводиться в колектор 13. Паливно-відновлювальний газ після адсорбційного блоку 17 поділяється на дві частини: одна подається в когенераційну установку 18 для забезпечення роботи газопоршневого двигуна, механічно пов’язаного з електрогенератором, друга частина через дожимаючий компресор 29 направляється через фурми 28 до реактора 24 для остаточного відновлювання наявних у рідкому сплаві алюміній-кремній 23 оксидів Аl2О3 і SiO2. Гази, що містять H2, СО, H2O i СO 2, з реактора 24 вентилятором 22 подаються в середній шар шихто вих матеріалів 6. Для відділення сплаву Al-Si від деякої кількості присутнього в ньому шлаку, в реактор 24, одночасно з паливно-відновлювальним газом, вводять флюс за допомогою пристрою його подання 27. Кондиційний рідкий сплав алюмінійкремній, після завершення вказаних процесів, зливається в металоприймач 25 вакуум-насосом 26. Вказані конструктивні, схемні й технологічні особливості енергометалургійного комплексу дозволяють забезпечити його автономну роботу при відносно невисоких витратах енергії на одержання сплавів алюміній-кремній. Основні витрати енергії і, як наслідок, витрата вугілля, будуть обумовлені необхідністю реалізації самого енергоємного процесу - вироблення кисню. При виробництві піччюгазифікатором 10т/годину сплаву витрата кисню не перевищує 2500м 3/годину. Витрати на одержання цієї кількості кисню і його компримування до тиску 4кгc/смв2 складуть 5000кВтт, що майже на 30% нижче, ніж в установці за прототипом. В заявленому енергометалургійному комплексі, в порівнянні з установкою-прототипом, не використовуються такі дефіцитні продукти, як пропан-бутан і рідкий кисень. Це підтверджує високу економічність енергометалургійної установки і можливість її експлуатації в автономному режимі. 7 Комп’ютерна в ерстка Л. Купенко 35110 8 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601