Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Рециклинг металлов и сплавов. Лабораторный практикум
.pdf
выдержать 10–15 мин, образовавшийся жидкий флюс, или корочку,
Технология
переплава шлака
Масса шлака
Масса
слитков
Металлургический
выход годного, %
Флюсовая плавка
Плавка на «болоте»
замешать вглубь расплава; рафинирование таблетированным препаратом производить с помощью колокольчика по всей глубине ванны.
После рафинирования выдержать расплав в течение 15–20 мин, удалить шлак в шлаковню. Слить расплав в изложницу.
5.4. Выполнить операции по п. 4.4. Результаты экспериментов
представить в виде табл. 6.
Таблица 6
Результаты экспериментов и расчетов
Расчётные формулы
1. Металлургический выход годного при флюсовой плавке:
МВГ = 100 (Мч/Мш), (1)
где Мч – масса полученной чушки, кг;
М
– масса переплавленного шлака, кг.
ш
2. Металлургический выход годного при плавке на «болоте»:
МВГ = 100 (Мч – Мс) / Мш, (2)
где Мч – масса полученной чушки, кг;
М
– масса сплава, использованного для получения «болота», кг;
с
М
– масса переплавленного шлака, кг.
ш
СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
1. Общие сведения.
2. Описание эксперимента.
3. Результаты экспериментов.
4. Выводы об эффективности вариантов переработки шлака.
21
Контрольные вопросы
1. Различия в переработке первичных и вторичных шлаков алюминия.
2. Типы печей для переработки шлаков.
3. Какие флюсы используют для переработки шлака?
4. Сколько затрачивается энергии при переработке шлаков?
5. Основной недостаток флюсовой плавки шлаков.
6. Что такое металлургический выход годного?
7. Каков обычно металлургический выход годного при переработке алю-
миниевых шлаков?
8. Что такое солевые шлаки?
22
Лабораторная работа № 4
СИНТЕЗИРОВАНИЕ СИЛУМИНОВ
ИЗ МОТОРНЫХ ЛОМОВ
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Актуальность процессов «вторичной» металлургии обусловлена
существенной разницей в энергетических затратах при производстве
продукции из первичных и рециклируемых металлов. Например,
на производство первичного алюминия затрачивается энергия, равная
174 ГДж/т, а на производство рециклируемого алюминия – 20 ГДж/т
[7]. По данным [8] с 2002 г. по 2005 г. потребление вторичного алю-
миния в России выросло в 1,6 раза. Однако мировой кризис 2008–
2010 гг. с одной стороны существенно затормозил эти тенденции
в связи с падением объемов производства в строительстве и машиностроении, а с другой стороны еще больше обострил и актуализировал
задачи по разработке и развитию ресурсосберегающих, наукоемких
технологий в металлургии и литейном производстве.
Анализ открытых источников информации по рециклируемым
металлам и сплавам показывает, что наибольшую долю во вторичной
цветной металлургии занимают такие дефицитные металлы (и сплавы
на их основе), как алюминий и медь. Это обусловлено, прежде всего,
тем, что данные металлы широко используются в строительстве,
энергетике, на транспорте, в авиации и т.д. Гораздо меньше представлены отходы на основе цинка, титана, свинца, никеля и т.д.
Сравнительный анализ химических составов, например, литейных сплавов системы Al-Si показывает, что в зарубежных аналогах
содержание некоторых примесных элементов выше по сравнению
с российскими сплавами. Это свидетельствуют о том, что в зарубежных странах доля использования рециклируемых алюминиевых отходов при производстве сплавов намного выше, чем в России. По данным [9] количество потребляемого вторичного алюминия в общем
потреблении алюминия в развитых странах превышает 30 % (США –
34,8 %; Германия – 35,1 %; Япония – 34,8 %), в России – 10,6 %.
23
По информации [10] в 2007 г. в РФ устойчиво работало 10 крупнейших производителей «вторичных» алюминиевых сплавов с объемом производства от 10 до 35 тыс. т/год. При этом объем в 30–
35 тыс. т/год обеспечивало три предприятия: «Пермьцветмет», «Завод
«ВМС»» и «ПЗЦМ». Однако, как отмечается в работе, на экспорт отправлялось от 70 до 90 % производимых вторичных сплавов.
Существенным сдерживающим фактором во внедрении и развитии
наукоемких технологий на российских предприятиях вторичной металлургии являются устаревшие ГОСТы, регламентирующие требования
к качеству сплавов. Например, в ГОСТ 1583-93 предъявляются минимальные требования к литейным алюминиевым сплавам в чушках, заключающиеся, в основном, в регламентации химического состава и
балла пористости. Заниженный (по отношению к современным требованиям технологий и техники) уровень регламентируемых механических свойств в отливках также не способствует развитию современных
технологий и стремлению производителей к их внедрению на своих
предприятиях. Опыт применения «вторичных» сплавов в отечественном автомобилестроении (ОАО «АВТОВАЗ», ОАО «ЗМЗ») показывает, что зачастую «вторичный» сплав, соответствующий требованиям
ГОСТ 1583 по химическому составу, нуждается в «адаптации»
по структуре и свойствам для конкретного потребителя. Кроме того,
один и тот же сплав, произведенный из ломов и отходов, но разными
производителями может существенно отличаться по макро- и микроструктуре, пористости. В этом случае отливки, полученные по одной и
той же технологии, но из сплава разных производителей, будут характеризоваться различным уровнем качества. Такое положение приобретает критическое значение в условиях крупносерийного литья и особенно при одновременном использовании одной и той же марки сплава,
но различных производителей.
В технологиях «вторичной» металлургии присутствуют, в основном, следующие основные процессы: сортировка ломов и отходов по
группам; разделка и подготовка к плавлению; плавление и приготовление сплава, включающие доводку химического состава до требова-
24
ний нормативной документации, очистку (фильтрация, дегазация)
расплава от нерастворимых и растворимых неметаллических включений; заливка расплава в формы (изложницы различного объема).
Моторный лом имеет литое происхождение из сплавов системы
Al-Si. Основными подготовительными операциями при подготовке
моторного лома к переработке являются следующие:
1. Разделение по внешнему виду – детали головок блоков, блоки
и картера отделяют от поршневой группы. Это связано с тем, что
поршни получают из сплавов с повышенным содержанием кремния
(от 10 до 20 %). Поршневые сплавы, как правило, характеризуются
повышенной степенью легированности: в них в зависимости от вида
поршней могут содержаться медь, магний, никель, хром и т.д. Остальные детали моторной группы получают из сплавов I и II групп по
ГОСТ1583-93 и могут перерабатываться совместно.
2. Дополнительно могут быть отделены детали, полученные лить-
ем под давлением. Как правило, данным способом литья получают отливки из сплавов АК9М2 и АК12М2 с высоким содержанием железа.
3. По возможности из моторных ломов извлекают железосодер-
жащие приделки: остатки шпилек, болтов, вкладыши и вставки.
4. Крупногабаритные отходы могут подвергаться измельчению
на пресс-ножницах, гидравлических ножницах или различного вида
дробилках.
5. Для выделения из моторного лома элементов, полученных из
сплавов других систем, используют специальные экспресс-анализаторы химического состава.
Основные этапы процессов «вторичной» металлургии применительно для алюминиевых сплавов представлены на рис. 5.
Наиболее пристальное внимание уделяется операциям, направленным на обеспечение регламентируемого химического состава
(требования ГОСТ) и степени чистоты сплава (требования ГОСТ
и потребителя). Обеспечение химического состава достигается, в основном, качеством подготовительных операций, предшествующих загрузке шихтовых материалов в плавильную печь, и введением недостающих элементов в виде первичных металлов или лигатур.
25
Загрузка подготовленных отходов
в плавильную печь
Плавление основной
части шихтовых материалов; доведение расплава до требуемого
химического состава
Очистка расплава
от неметаллических
растворимых и нерастворимых примесей
Заливка расплава в изложницы, получение
чушковых сплавов
Поставка чушковых
сплавов потребителю
(литейным цехам
и заводам)
Получение
литой продукции
Рис. 5. Схема получения литой продукции
из рециклируемых металлических отходов
Очистка расплавов от неметаллических включений осуществляется за счет рафинирования (нерастворимые включения) и дегазации
(для алюминиевых сплавов – снижение содержания водорода).
На большинстве мелких и средних отечественных предприятий рафинирование и дегазация осуществляется с помощью флюсов, в состав которых входят соединения натрия и калия с хлором и фтором;
в качестве дополнительных добавок, снижающих температуру плавления и повышающих активность флюса. Крупные производители
«вторичных» сплавов, заинтересованные в конкурентоспособности
своей продукции, для рафинирования и дегазации используют специальные установки для совмещенной обработки расплавов в процессе
разливки. В данных установках для фильтрации используются стеклосетки или пенокерамические фильтры, а для дегазации осуществляют продувку инертными (Ar) или нейтральными газами (N2). Применение таких установок позволяет получить более чистый сплав,
повысить производительность и существенно улучшить экологическую обстановку на производстве. Разливка готовых расплавов осуществляется конвейерным способом в крупногабаритные изложницы
для получения чушек массой от 300 до 700 кг. Такие чушковые спла-
26
вы, при соответствии требованиям химического состава, характеризуются крупнокристаллической неоднородной структурой, пониженными механическими свойствами и повышенной долей дефектов газоусадочного происхождения. Наиболее прогрессивным и технологичным представляется процесс разливки расплавов в мелкие чушки
массой до 20 кг. Однако на отечественных предприятиях «вторичной» металлургии для внутреннего рынка предпочтение отдается
крупногабаритным чушкам в силу большей производительности процесса несмотря на существенное снижение качества сплавов.
Цель работы – исследование процессов синтезирования литей-
ных алюминиевых сплавов из моторных ломов.
Работа рассчитана на 8 часов.
Материалы и основное оборудование: кусковые отходы моторных ломов (поршни, картера), электротехнический алюминий, покровно-рафинирующие флюсы, дегазирующий препарат, тигельная
печь сопротивления, сушильный шкаф, лабораторные весы, вихретоковый структуроскоп ВЭ-26НП, литейный инструмент, прутковый
кокиль, изложницы.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
Перед выполнением лабораторной работы необходимо ознако-
миться и пользоваться соответствующими разделами специальной
литературы и материалами лекций.
Все материалы должны быть сухими и чистыми. Металлоотходы
необходимо подогреть в сушильном шкафу при температуре 200–
250 С в течение 1,0–1,5 ч. Солевые препараты подсушить при температуре 80–100 С в сушильном шкафу в течение 0,5–1,0 ч.
1. Произвести навеску шихтовых материалов согласно указанию
преподавателя.
2. Навеску солевых препаратов произвести из расчета: флюс –
0,5 % от массы плавки; дегазирующего препарата – 1,0 % от массы
плавки.
27
3. В разогретый до 550–600 С тигель плавильной печи загрузить
навеску шихтовых материалов.
4. Поднять температуру нагрева до 750–760 С и довести шихту
до расплавления.
5. Залить порцию необработанного расплава в прутковый кокиль.
6. На зеркало оставшегося расплава насыпать ровным слоем про-
сушенный флюс. После его расплавления замешать шумовкой вглубь
расплава. Выдержать расплав в течение 10–15 мин.
7. С помощью колокольчика произвести дегазацию расплава де-
газирующим препаратом. Колокольчик с препаратом перемещать
в расплаве вращательными движениями до окончания реакции. Вынуть колокольчик из расплава и дать технологическую выдержку
в течение 15–20 мин.
8. Извлечь из пруткового кокиля опытные отливки. Охладить их
под проточной водой и просушить. Замерить электропроводность
с помощью вихретокового структуроскопа ВЭ-26НП. Сделать излом
отливки для изучения макроструктуры.
9. С зеркала отстоявшегося расплава шумовкой снять шлак
в шлаковню. Аккуратно перемешать расплав шумовкой, не нарушая
целостности зеркала. Повторно снять всплывшие остатки шлака
в шлаковню.
10. Залить расплав в прутковый кокиль. Остатки расплава из пе-
чи слить в изложницу.
11. Извлечь отливки из кокиля и повторить действия по п. 8.
СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
1. Общие сведения.
2. Описание эксперимента.
3. Результаты экспериментов в виде таблиц и графиков.
4. Выводы по результатам работы.
28
Контрольные вопросы
1. Приведите примеры актуальности «вторичной» металлургии алюминия
и его сплавов.
2. Назовите основные факторы, препятствующие увеличению доли «вто-
ричных» алюминиевых сплавов в литейном производстве.
3. Назовите основные процессы «вторичной» металлургии.
4. Приведите схему получения литой продукции из рециклируемых метал-
лоотходов.
5. Назовите основные технологические операции по улучшению качества
«вторичных» алюминиевых сплавов.
6. Для чего необходима операция рафинирования расплавов?
7. Для чего необходима дегазация расплавов?
8. Как осуществляется фильтрация расплавов?
29
Лабораторная работа № 5
СИНТЕЗИРОВАНИЕ СИЛУМИНОВ
ИЗ ДИСПЕРСНЫХ МЕТАЛЛООТХОДОВ
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Важнейшим направлением совершенствования и развития отече-
ственного литейного производства в условиях рыночных отношений
является максимальное снижение себестоимости производимых литых заготовок при обеспечении заданного качества. Это направление
можно реализовать, в первую очередь, за счет использования дешевых шихтовых материалов, полученных из отходов.
Стоимость первичных металлов непрерывно повышается. В связи
с этим перед литейными производствами встает проблема максимально полного использования образующихся металлических отходов. В механообрабатывающих цехах при обработке резанием литых
заготовок основным видом образующихся отходов является стружка.
Доля стружки от массы литой заготовки может составлять 25–50 %.
Качественное рециклирование стружки позволяет экономить значительное количество первичных шихтовых металлов.
Для получения отливок требуемого качества при максимальном
использовании стружки необходима комплексная технология, включающая поэтапную подготовку данного вида отходов: дробление,
сушка, рассев по фракциям, удаление ржавчины и пыли, магнитная
сепарация и т.д. Сложность использования стружечных отходов
сдерживает их применение в качестве шихтовой составляющей.
Так как стружка в процессе своего образования засоряется смазочно-охлаждающей жидкостью (СОЖ), железосодержащими приделками от износа режущего инструмента, она требует тщательной и многостадийной подготовки к переплаву. В процессе складирования и
хранения в стружку могут дополнительно попадать стружки из железосодержащих и других сплавов, ветошь, бумага, древесина и т.д.
Сыпучая (дискретная) стружка образуется при механической
обработке резанием литых заготовок из алюминиевых литейных
30
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]