Спосіб виробництва сплавів алюміній-кремній

Спосіб виробництва сплавів алюміній-кремній, що включає приготування ши хти, яка містить АІгОз і SiO2, подачу її в плавильну піч, нагрівання шихти, плавку її та наступне відновлення АІгОз і S1O2 до алюмінію і кремнію, який від різняє ться тим, що Корисна модель відноситься до галузі металургії, зокрема до технології пірометалургійних процесів у кольоровій металургії, конкретно - до виробництва сп ла ві в алюмін ій-к ремні й (Al -Si) з природної глинозем-кремнеземної сиро вини . Сплави Al-Si використовують як основу для одержання силуміна. Найближчим до способу, що заявляється, є спосіб виро бництва а люмінієво -кремнійово го сплаву (див. патент Росії №2.148 670). У відповідності до вказаного способу певну кількість підготовленої ши хти, що містить АІгОз і SiO2 подають до плавильного агрегату. Ши хту разом із відновником нагрівають і здійснюють плавку з наступним відновлюванням. Процес плавки шихти і відно влення утворених АІ 2Оз і SiO 2 здійснюється в одному й тому ж плавильному агрегаті (плавильній печі). Відновлений рідкий сплав видаляють з плавильного агрегату. Даний спосіб обрано прототипом. Прототип співпадає з корисною моделлю, що заявляється, в наявності спільних ознак: - приготування шихти, що містить АІгОз і S1O2; - подача шихти в плавильну піч; - нагрівання шихти; - плавка шихти; - відновлення АІ2Оз і SiCb. Але відомий спосіб має низку недоліків. Поперше , виконання дво х проце сі в в одній печі (плавки і відно влення) нераціона льне том у, природну глинозем-кремнеземну сировину подрібнюють, збагачують, змішують з попередньо подрібненим зволоженим торфом і гранулюють, далі отриману таким чином вуглецевмісну ши хту подають до безперервно діючої плавильної печі шахтного типу, де за рахунок горіння вуглецю ши хти і газів відновної печі в збагаченому киснем повітрі з неї одержують розплав оксидів алюмінію і кремнію, який періодично зливають у відновн у піч, до якої спочатку подають кисень, а потім перегріту суміш газів пропан-бутан подають в розплав рідких оксидів. що знижує її продуктивність і якість сплаву, що одержують. По-друге, для відновлення АІгОз і SiO 2 на заключному етапі роботи печі використовується плазмогенератор для дисоціації метану з метою одер ж ан н я з н ьо го вугле цю у ви ді са ж і . Плазмогенератори, як відомо, є енергетично недосконалими, технічно ненадійними і дуже дорогими пристроями. Крім то го , виконання дво х про цесі в в одній печі вимагає завантаження надлишкової кількості вуглецю у виді коксу, деревного вугля або нафтококсу, які використовуються одночасно і як паливо для пла вки сиро вин и, і як ві дно влюва ч АІгОз і SiOi. При цьому в розплаві з'являються тугоплавкі карбіди алюмінію (АЦСз) і кремнію (SiC), які знижують якість і вихід сплаву Al-Si. В основу корисної моделі поста влено задачу розробити спосіб виробництва сплавів алюмінійкремній в якому за рахунок роздільного проведення плавки і відновлення Забезпечити підвищення ефек ти вності виробн ицтва сплаві в алюміній кремній, а також підвищення якості вказаних сплавів та спрощення технології. Поставлена задача вирішена в способі виробництва сплавів алюміній-кремній, що включає приготування шихти, що містить АІ 2Оз і SiO2, подачу її в плавильну піч, нагрівання ши хти, плавку її та наступне відновлення АІгОз і SiO 2 до алюмінію і кремнію тим, що природну глинозем-кремнеземну юю сг> 5159 сировину подрібнюють, збагачують, змішують з попередньо подрібненим зволоженим торфом і гранулюють, далі отриману таким чином вуглецьвмісну ши хту подають до безперервно діючої плавильної печі шахтного типу, де, за рахунок горіння вуглецю ши хти і газів відновної печі в збагаченому киснем повітрі, з неї одержують розплав оксидів алюмінію і кремнію, який періодично зливають у відновну піч, до якої спочатк у подають кисень, а потім перегріту суміш газів пропан-бутан подають в розплав рідких оксидів. Спосіб виробництва сплавів алюміній-кремній здійснюють таким чином. Спочатку проводять підготовку сировини. Для цього природна глинозем-кремнеземова сировина подрібнюється, збагачується внаслідок видалення з неї надлишку кремнезему та змішується з попередньо диспергованим зволоженим торфом, що містить 50% вуглецю і СаО, який використовується в якості флюсу. Після цього маса гранулюється У печі тунельного типу гранули суша ться за рахунок теплоти згоряння частини ша хтни х газів. Висушені гран ули мають у сво єм у складі до 5% вологи . Глинозем-кремнеземний концентрат, що входить до складу гранул, містить приблизно 54% АЬОз і 32% SiO2. Решта - оксиди заліза, титану, кальцію і магнію. Диспергована торфяна маса містить 50% вуглецю. Зола, в основному, містить, мас.%: 33-39 SiO2; 12-19 АІ2 О3; 9-14 Fe2O3; 12,5 СаО; 2,5 МдО. Кількість торфяної маси розраховується, виходячи тільки із забезпечення процесу підігріву шихти і розплавлення АІ2Оз і SiO2, що містяться в глинозем-кремнеземовому концентраті та в попілу торфу. На 1т глинозем-кремнеземового концентрату необхідно. 1 ЮОкВт.год теплової енергії. Приготовлену таким чином вуглецьвмісну шихту по дають до безперервно ді ючо ї плавильної печі шахтного тип у. Джерелом тепла для процесу плавлення оксидів, які входять до складу вуглецьвмісної шихти, служить вуглець, що входить до її складу, спалюваний в а тмосфері плавильної печі . Через нижні фурми у плавильн у піч подається повітря, збагачене киснем до 60%. У верхню частину плавильної печі через верхні фурми подається з відновної печі газ, який переважно містить Н 2, СО, СзНв і СдНюЦей газ дозволяє проводити інтенсивний розігрів шихти, що суттєво прискорює плавку АІ 2Оз і SiO2, a також запобігає появу в подальшому трудновідновлювальних карбідів АЦСз і SiC. В процесі роботи плавильної печі в нижній частині горна збирається розплав АІ 2Оз і SiO2 , а у верхній частині горна - шлак. Періодично шлак випускається з плавильної печі, а рідкий рол плав оксидів подається до відновної печі. Унизу відновної печі знаходи ться залишок сплаву Al-Si, який залишився після зливу попередньої партії. Наприклад, при продуктивності плавильної печі де сять тон ши хти на годин у у відновній печі слід залишати - 250кг сплаву Al-Si. Тепловий е фект реакції окислювання АІ і Si дорівнює 8.бкВт.год/кг. На спалювання 1кг сплаву необхідно 1кг кисню. Таким чи ном , пі сля з го рян ня 250к г сп ла ву Al -Si утворюється 500кг АІ 2Оз і SiO2 . Теплота, яка одер жана в процесі алюмотермії, тобто спалювання частини сплаву Al-Si в середови щі кисню, потрібна, по-перше, для перегріву розплаву АІ 2Оз і SiO2 який злито з горна плавильної печі у відновну піч і, по-друге, для компенсації витрат тепла на дисоціацію суміші газів пропан-бутан, що використовується для відновлення оксидів, які утворилися сажестим вуглецем. Далі на поверхню рідкого сплаву Al-Si у відновній печі надходить розплав АІ 2Оз і SiO2. В процесі зливу вказаного розплаву у залишко вий рідкий сплав Al-Si подається певна кількість кисню з газифікатору кисню. Газифікатор кисню забезпечує м ожли ві сть по да ва ти к исен ь з ти ском до 200кгс/см 2 через рідкий сплав Al-Si. Велика кількість теплоти, що утворюється при цьому, перегріває рідкі АІ2 Оз і SiO2, які зливаються у цю мить у відновну піч і розплавляє АІ2Оз і SiO2, які додатково утворилися після горіння сплаву Al-Si в атмосфері кисню. Після цього подача кисню припиняється і починається подача через шар рідких АІ 2Оз і SiO2 суміші газів пропан-бутан із газифікатора суміші газів пропан-бутан. Перегрів суміші газів пропанбутан відбувається за рахунок теплоти згоряння частини ша хтни х газів в середовищі пові тря, збагаченого киснем. Перегрів є обов'язковим, через те, що дисоціація суміші пропан-бутан відбувається з поглинанням теплоти. Перегріта суміш газів пропан-бутан з температурою 1600°С подається в розплав рідких АЬОз і SiO2. Тиск суміші газів підтримується на рівні 6070кгс/см 2. При дисоціації суміші газів в розплаві, який виконує функцію каталізатора, виділяється сажестий вуглець, який є високоефективним відновлювачем АІ2 Оз і SiO2 до, відповідно, чистих АІ і Si. Після завершення процесу відновлення АІ2Оз і SiO2 сплав Al-Si, у рідкому стані зливається. У відновній печі залишається 250кг рідкого сплаву Al-Si для початку нового відновного циклу. Збагачення повітря киснем відбувається на відповідній установці, яка є додатковим пристроєм і не є предметом корисної моделі. У вказаній установці для виробництва кисню з повітря використовується явище суттєво більш швидкої адсорбції алюмосилікатними молекулярними ситами азоту, ніж кисню. В установці короткоциклової адсорбції (КЦА) застосовуються два вида адсорбента: перший - першопочатковий захистний шар для видалення вологи і забруднень з повітря (в основному СС>2, а другий - робочий шар для видалення азоту з повітря. В якості др угого молекулярного сита використовується природний цеоліт, який відноситься до класу клиноптилолитів. Для відокремлювання азота від кисню повітря спочатку стискають у повітродувці о тиску 0.1-0 .2кгс/см надл., а далі по дають в пер ши й адсорбер . Одноча сно з цим у др угому адсорбері протікає процес підвищення ти ску за ра хунок ві дбор у частини поток у після першого адсорбера (~5%). Третій абсорбер в цей час знаходиться в стадії регенерації. Регенерація третього адсорбера здійснюється при його вакуумуванні двоступеневим вакуумнасосом. Тиск регенерації при цьому коливається в межах 0.30.5кгс/см 2. Азот, волога і забруднення уходять по лінії залишкового газ у і далі викидаються в атмос 5159 феру. Чистота кисню, як продукту, що одержується на виході з адсорбера може досягати 95% Основною забруднюючою його домішкою є, головним чином, інертний газ аргон На лінії подачі кисню установлений компресор, який забезпечує його подачу в плавильну піч ша хтного типу під тиском 4кгс/см 2 надл. Циклограма роботи керуючих клапанів установки КЦА налагоджується таким чином, щоб з неї" у плавильну піч ша хтного тип у надходило повітря, збага чене киснем до 60%. При такому Комп'ютерна в ерстка В Мацело вмісту кисню в повітрі теоретична температура в зоні горіння складає 3000°С Реальна температура реакційного простору 2300°С, що вище температури плавлення АІ2Оз (2030°С) і SiO2(1750°C). Заявлений спосіб дозволяє забезпечити безперервне виробництво сплаву Al-Si пірометалургі й н им ме то дом з пр ир о дн о ї' гли но зе м кремнеземної сировини. Потоки газів, які зазвичай викидаються в атмосферу на існуючи х подібних виробництвах, ефективно використовуються. Підписне Тираж 37 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 Глазунов а, 1, м Київ -42, 01601