Флюс для рафінування алюмінієвих сплавів

1. Флюс для рафінування алюмінієвих сплавів, що включає осадочні гірські породи і вуглевмісні фракції, який відрізняється тим, що як осадочні гірські породи взято сланець піщаний, а як вуглевмісні фракції сланець горючий і вугілля, при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: сланець горючий 30-50 сланець піщаний 20-40 вугілля 20-30. 2. Флюс за п. 1, який відрізняється тим, що містить, мас. %: вуглець 17-35 сірку 1,0-9,0. 3. Флюс за п. 1, який відрізняється тим, що фракційний склад флюсу по класу крупності знаходиться в межах 5-70 мм. UA (21) a201014947 (22) 13.12.2010 (24) 11.07.2011 (46) 11.07.2011, Бюл.№ 13, 2011 р. (72) ТКАЧЕНКО НАТАЛІЯ ВІКТОРІВНА, ЛАЙДЬОНОВ ЄВГЕНІЙ ОЛЕКСАНДРОВИЧ, ТКАЧЕНКО ВОЛОДИМИР МИКОЛАЙОВИЧ, САЧКО ОЛЕКСАНДР ІВАНОВИЧ (73) ТКАЧЕНКО НАТАЛІЯ ВІКТОРІВНА, ЛАЙДЬОНОВ ЄВГЕНІЙ ОЛЕКСАНДРОВИЧ, ТКАЧЕНКО ВОЛОДИМИР МИКОЛАЙОВИЧ, САЧКО ОЛЕКСАНДР ІВАНОВИЧ (56) UA 60654 A, 15.10.2003 UA 61014 A, 15.10.2003 UA 6503 U, 16.05.2005 RU 2173348 C1, 10.09.2001 GB 256764 A, 19.08.1926 Ларионов Г.В. Вторичный алюминий. - М.: Металлургия, 1967. - C.199, 205. C2 2 (19) 1 3 Загальним недоліком таких флюсів є те, що застосування у складі флюсу фтористих з'єднань погіршує екологію в робочій зоні печі, шкідливі викиди в атмосферу (SiF4) перевищують норми ПДК на робочому місці до такого ступеня, що знаходитися біля печі стає неможливим [F4+H2O(пар)=SiO2+4HF↑]. Крім того, в таких плавках рафінування відбувається тільки від магнію, ступінь рафінування невисокий, мають місце значні втрати алюмінію зі шлаком, відсутні умови для ефективного відновлення алюмінію з його оксидів. Як прототип вибрано флюс для рафінування алюмінієвих сплавів від магнію, відомий за авторським свідоцтвом СРСР № 1271905, МПК C22R 9/10, С22С 1/06, дата подання заявки 21.05.1985, відповідно до якого як флюс для рафінування алюмінієвих сплавів від магнію застосовують хвости вуглезбагачувальних фабрик. Хвости вуглезбагачувальних фабрик, як відходи збагачення вугілля, є сумішшю осадочних порід, частинок вугілля і вугільно-мінеральних зростків. У їх склад входять в різних співвідношеннях аргіліти, сланці, алевроліти, пісковики, вапняки, кальцити. Крім того, хвости містять сірку і різні мікроелементи. Хвости вуглезбагачувальних фабрик мають наступний цитологічний склад, %: вугільномінеральні зростки - 33-37, глинистий аргіліт - 2024, аргіліт - 25-28,5, алевроліт - 4,8-6,5, пісковик 4,7-6,4, карбонатні породи - 4,2-5,2. Тобто, хвости вуглезбагачувальних фабрик є сумішшю, що складається, в основному, з осадочних гірських порід і вуглевмісних фракцій. Хімічний склад хвостів вуглезбагачувальних фабрик наступний, ваг. %: SiO2 - 42-47, Аl2О3 - 1925, Fe2O3 - 9-11, СаО - 1,5-2,0, МgО - 1,5-2,0, K2О 1,3-1,8, Na2O - 1,5-2,0, С - 17-20, S - 3,0-5,0. Рафінування алюмінієвих сплавів від магнію з використанням як флюсу хвостів вуглезбагачувальних фабрик виконують таким чином. У камеру плавлення завантажують шихту лому і відходів алюмінієвих сплавів і розплавляють. В результаті плавки одержують сплав алюмінію і шлак. Сплав аналізують на вміст магнію. При завищеному вмісті магнію сплав піддають рафінуванню. Для цього сплав перегрівають до 650-850 °С і в камеру плавлення завантажують подрібнені хвости вуглезбагачувальних фабрик в кількості 615 % від маси металу, що рафінується, залежно від необхідного ступеня очищення від магнію. Всю масу витримують 15-25 хвилин при періодичному перемішуванні розплаву. Після цього викачують шлак звичайним способом, а оброблений сплав випускають в копильник печі. В результаті обробки розплаву таким флюсом одержують рафінований від магнію алюмінієвий сплав і шлак з низькою механічною міцністю (розсипчастий). Ступінь рафінування сплаву від магнію залежить від температури розплаву, часу обробки і маси завантажуваних хвостів. У лабораторних умовах ступінь рафінування від магнію досягається в межах 42-88 %, що достатньо для отримання сплавів з вторинного алюмінію, які відповідних нормативним вимогам. У шлаку залишається 6,58,0 % металу. 95217 4 Загальними ознаками прототипу і рішення, що заявляється, є: флюс для рафінування алюмінієвих сплавів, що включає осадочні гірські породи і вуглевмісні фракції. Ефективність застосування вказаного флюсу для рафінування алюмінієвих сплавів обмежена наступними чинниками. Рафінування відбувається тільки від магнію. Цинк, що погіршує якість алюмінієвих сплавів, таким флюсом з розплаву не витягується. Ступінь рафінування невисокий - досягнутий ступінь рафінування від магнію не перевищує 88 % (42-88 %). Відновлення алюмінію з його оксидів практично не відбувається. Значні втрати алюмінію (у шлаці залишається 6,5-8,0 % металу). В основу винаходу поставлена задача удосконалення флюсу для рафінування алюмінієвих сплавів, який, за рахунок підбору компонентів і їх співвідношення, забезпечував би: а) рафінування не тільки від магнію, але і від цинку; б) підвищення ступеня рафінування; в) відновлення алюмінію з його оксидів; г) зниження втрат алюмінію з шлаком. Поставлена задача вирішується тим, що флюс для рафінування алюмінієвих сплавів, що включає осадочні гірські породи і вуглевмісні фракції, відповідно до винаходу, як осадочні гірські породи взято сланець піщаний, а як вуглевмісні фракції сланець горючий і вугілля при наступному співвідношенні компонентів, у ваг. %: сланець горючий 30-50, сланець піщаний 20-30, вугілля 20-30. При цьому: - під сланцем горючим розуміється корисна копалина з групи твердих каустобіолітів, яка складається з мінеральної частини (кальцити, доломіт, гідрослюди, польові шпати, кварц та ін.) і органічної частини (кероген). Органічна частина складає 10-30 % від маси породи, а в сланцях високої якості досягає 50-70 %. - під сланцем піщаним розуміється осадочна гірська порода з шаруватим розташуванням мінералів, що входять до її складу. Піщані сланці (аргіліти і алевроліти) переважають в геологічному розрізі донецького басейну, досягаючи 60-70 %. - під вугіллям розуміється будь-яке енергетичне вугілля. Вказані ознаки є істотними ознаками винаходу. При зазначеному співвідношенні компонентів флюс містить, в ваг. %: вуглець 17-35; сірка 1-9. Доцільно, щоб клас крупності флюсу знаходився в межах 5-70 мм. Такий фракційний склад флюсу визначає оптимальний режим рафінування алюмінієвого сплаву. Істотні ознаки винаходу знаходяться в причинно-наслідковому зв'язку з результатом, що досягається. Так, відмітні ознаки флюсу для рафінування алюмінієвих сплавів від магнію і цинку, що заявляється, (як осадочні гірські породи взято сланець піщаний, а як вуглевмісні фракції сланець горючий і вугілля при наступному співвідношенні компонентів, у ваг. %: сланець горючий 30-50, сланець піщаний 20-40, вугілля 20-30) в сукупності з істотними ознаками, загальними з прототипом, забезпечують рафінування не тільки від магнію, але і від цинку, підвищення ступеня рафінування, 5 відновлення алюмінію з його оксидів, зниження втрат алюмінію з шлаком. Це пояснюється наступним. Вказаний склад флюсу забезпечує вміст у флюсі: вуглецю 17-35, сірки до 9 вагових %. В процесі плавки горючий сланець і вугілля в локальних зонах значно підвищують температуру, що дозволяє спільно з теплом нагрівального елемента печі в присутності вуглецю (17-35 %) вести процес вуглетермічного відновлення кремнію і алюмінію з оксидів, присутніх в шихті, за реакціями: 2/3АL2O3+2С=4/3AL+2CO; SiO2+2С=Si+ 2СО. При цьому відновлюється до 20 % алюмінію і кремнію з їх оксидів, забезпечуючи мінімальні втрати алюмінію з шлаком. Присутність сірки (S до 9 %) і додаткового тепла дозволяє вести процес одночасного рафінування алюмінієвих сплавів від цинку і магнію. Цинк і магній, маючи більшу спорідненість до сірки, чим алюміній, утворюють сульфіди (MgS і ZnS), які легко переходять в шлак. Ступінь рафінування від магнію і цинку складає 89-91 %. Крім того, присутність горючих компонентів у флюсі дозволяє економити більше 30 % палива пічного агрегату. Нижче приводиться докладний опис флюсу для рафінування алюмінієвих сплавів і технології його застосування. Флюс є сумішшю сланцю горючого, сланцю піщаного і вугілля при наступному співвідношенні компонентів, у ваг. %: сланець горючий - 30-50, сланець піщаний - 20-40, вугілля - 20-30. Характеристики вказаних компонентів приведені вище в розділі «суть винаходу». Фракційний состав флюсу по класу крупності знаходиться в межах 5-70 мм. Хімічний склад запропонованого флюсу, у ваг. %: Аl2О3 - 23-45, SiO2 - 15-35, С - 17-35, S - 1,0-9,0, CaO - 2,5-4,0 Na2O - 2,0-3,0, MgO - 2,0-3,5, Fe203 3,0-7,0, K2O - 2,5-4,2, домішки - решта. 95217 6 Шихту у вигляді лому і відходів алюмінієвих сплавів спільно з запропонованим флюсом завантажують в плавильну піч з розрахунку не менше 65-75 кг флюсу на т шихти. В процесі плавки через кожні 10-30 хвилин виконують перемішування шихти з флюсом. В кінці плавки роблять витримку не менше 20 хвилин для завершення процесів рафінування і відновлення. Після чого метал зливають. В процесі плавки шихти, прогрітої джерелом тепла плавильного агрегату і горючими матеріалами, що входять до складу флюсу, у присутності вуглецю (17-35 %) відбувається процес вуглетермічного відновлення алюмінію і кремнію з оксидів (2/3Аl2О3+ 2С=4/3Al2СО; SiO2+ 2С=Si+ 2СО). Ступінь відновлення до 20 %. Алюміній має меншу спорідненість з сіркою, ніж магній і цинк, внаслідок чого в розплаві у присутності сірки (до 9,0 %) утворюються сульфіди магнію і цинку (MgS, ZnS), які легко переходять в шлак, чим досягається високий ступінь рафінування (89-91 %) від магнію і цинку. Флюс є покривним, що захищає розплав від прямої дії тепла і знижує ступінь окислення алюмінію. Піщані сланці, що входять до складу флюсу в кусковому вигляді, не змочуються алюмінієм і його оксидами, при перемішуванні розривають окисну плівку металу, що затримався в шлаку, і, за рахунок сухого розсипчастого шлаку з низькою механічною міцністю, дають можливість переходу металу в розплав, що підвищує ступінь витягання металу. Втрати алюмінію з шлаком складають не більше 2 %. Процес відбувається при менших енергетичних витратах пічного агрегату за рахунок присутності горючих матеріалів у флюсі. Економія палива до 30 %. Нижче, в табличній формі приводяться практичні приклади рафінування алюмінієвих сплавів із застосуванням флюсу, що заявляється. Таблиця Параметри Вміст алюмінію, ваг. % Вміст кремнію, ваг. % Вміст магнію, ваг. % Вихідної шихти Вміст цинку, ваг. % Вміст оксидів кремнію, ваг. % Вміст оксидів алюмінію, ваг. % Домішки, ваг. % Вміст сланцю горючого, ваг. % Вміст сланцю піщаного, ваг. % Вміст вугілля, ваг. % Флюсу Загальний вміст вуглецю, ваг. % Загальний вміст сірки, ваг. % Вміст флюсу в шихті, кг/т шихти Вміст алюмінію, ваг. % Вміст кремнію, ваг. % Одержаного Вміст магнію, ваг. % сплаву Вміст цинку, ваг. % Домішки, ваг. % Ступінь рафінування від магнію і цинку, % Ступінь відновлення алюмінію і кремнію із оксидів, % Втрати алюмінію зі шлаком, % Економія палива, % Приклад 1 35,0 1,5 2,0 1,8 22,0 34,0 решта 50,0 20,0 30,0 35,0 6,0 120,0 94,0 3,5 0,2 0,1 решта 90,0 19,0 0,2 25,6 Приклад 2 25,0 2,0 1,5 2,5 10,0 40,0 решта 40,0 40,0 20,0 26,0 9,0 90,0 92,0 4,7 0,16 0,4 решта 89,4 17,0 0,2 27,0 Приклад 3 15,0 3,0 1,0 1,0 15,0 25,0 решта 30,0 40,0 30,0 17,0 3,0 70,0 91,0 2,9 0,11 0,17 решта 89,0 19,8 0,18 29,0 7 95217 З таблиці видно, що: - рафінування відбувається від магнію і цинку (у прототипі тільки від магнію); - ступінь рафінування від магнію і цинку складає 89-91 % (у прототипі ступінь рафінування тільки від магнію складає 42-88 %); Комп’ютерна верстка Д. Шеверун 8 - відновлення алюмінію і кремнію з оксидів складає до 20 % (у прототипі відновлення алюмінію і кремнію з їх оксидів не відбувається); - зниження втрат алюмінію зі шлаком, зміст алюмінію і оксиду алюмінію в шлаку складає не більше 2 % (у прототипі до 40 %); - економія палива до 30 % (у прототипі відсутня). Підписне Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601