Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Ресурсо- и энергосбережение в литейном производстве. Учебное пособие
.pdf
51
компактированием пылевидной фракции за счёт конденсации паров
хлоридных соединений на дисперсных частицах оксидов, которые
взвешены в отходящих газах, являющихся продуктами сгорания газообразного энергоносителя. Размеры частиц колеблются в диапазоне
2–50 мкм (рис. 4.1, ). Частицы шлака REMETALL имеют хлопьевид-
ную морфологию размером 3–60 мкм (рис. 4.1, ).
Морфология частиц шлаков различного происхождения:
, – из печи АLTEK; , – из ГОУ; – из установки REMETALL
52
Микрорентгеноспектральный анализ (МРСА) шлаков в исходном
Вид шлака
Фазы*
Al
Al2O
3
Fe2O3
SiO2
AlN
NH4Cl
MgAl2O4
СаО
NaCl
KCl
АLTEK
+/+
+/+
+/+
+/+
–\–
–\–
+/+
+/+
+/–
+/–
REMETALL
+/+
+/+
+/+
+/+
+/+
+/–
–\–
+/+
+/–
+/–
ГОУ
–\–
+/+
–\–
+/+
–\–
–\–
–\–
–\–
+/–
+/–
состоянии выявил различия в их фазовом составе (табл. 4.1). После их
промывки в воде (удаление водорастворимой составляющей) было
установлено, что часть растворимых соединений уходит из состава
шлаков и переходит в водный раствор [33].
Фазовый состав шлаков различного происхождения
Примечание
* В числителе – до удаления водорастворимой составляющей, в знаменателе – после него.
Различия в фазовых составах обусловлены особенностями конструкции плавильных печей, видами переплавляемых алюминиевых отходов, технологий переплава и используемых реагентов для рафинирования и дегазации.
Плавка шлака в печах типа ALTEK (наклоняемая ось вращения)
ведётся с применением флюса, который добавляется в количестве
0,2–0,6 % от массы оксидов. Это обуславливает формирование сухого
рассыпчатого шлака, который содержит в своём составе соединение
MgAl2O4 (шпинель). Присутствие в составе шлака фаз на основе Al и
Mg свидетельствует о том, что в основном переплавлялись отходы
системы Al–Mg. Как правило, в печах АLTEK переплавляются мелкие кусковые отходы алюминиевых сплавов [33].
В роторных печах REMETALL (неподвижная ось вращения), как
правило, производится переплав шлаков с высоким содержанием металлической части. Для обеспечения текучести жидкого шлака и повышения извлечения металлической части вводится до 0,8–1,2 %
флюса от массы оксидов. При необходимости количество флюса может достигать до 50 % от массы плавки. В шлаке из печи REMETALL
(в отличие от шлака АLTEK) имеются соединения NH4Cl (хлористый
53
аммоний) и AlN (нитрид алюминия). В составе шлаков ГОУ в основном присутствуют оксиды алюминия и кремния.
Кислород присутствует в составе оксидов Al2O3, MgAl2O4, SiO2,
СаО и Fe2O3. Натрий и калий присутствуют в соединениях с хлором,
наличие которых обусловлено применением рафинирующих флюсов,
в состав которых входят эти элементы.
После операции по удалению водорастворимых составляющих
в составах шлаков отсутствуют хлориды натрия и кальция. Остальные соединения входят в состав водонерастворимого компонента.
Экспериментально было установлено, что в шлаке ALTEK имеются повышенные содержания металлической (10 %) и водонерастворимой (73 %) частей. В шлаке REMETALL преобладает водорастворимая часть (70 %).
Таким образом, водонерастворимые продукты рециклинга алюминиевых шлаков возможно использовать в качестве вторичного огнеупорного материала (ВтОМ) для производства керамических форм
при литье по выплавляемым моделям. И наиболее рациональным
с указанной точки зрения является рециклинг шлаков из печи типа
ALTEK [33].
Для получения ВтОМ шлаки ALTEK предварительно подвергали
промывке для удаления водорастворимой составляющей. После просушивания производили дробление скомковавшихся частей и рассев
по фракциям.
Перед изготовлением огнеупорных керамических форм производили повторную сушку ВтОМ при температуре 300–10 °С в течение
1 ч. Формирование слоёв керамических форм осуществляли окунанием модельного блока в суспензию с последующей обсыпкой вручную.
В качестве готовых связующих применяли водные кремнезоли:
Армосил А, Армосил К и Сиалит 20С. Наполнителем в суспензии
служил плавленый кварц Экосил-Мелур. Максимальные значения
прочности были достигнуты при использовании связующего Армосил К (рис. 4.2).
В качестве обсыпочных материалов для сравнения использовали
кварцевый песок, ВтОМ и плавленый кварц.
54
Огнеупорные керамические формы с использованием ВтОМ на
4.2. Влияние вида связующего на предел прочности керамических форм
4.3. Влияние вида обсыпочного огнеупорного материала на предел
прочности на изгиб керамической формы
0,77
0,85
1,15
2,69
2,55
4,61
0
1
2
3
4
5
6
Сиалит 20С
Армосил А
Армосил К
Предел прочности, МПа
Вид связующего
На разрыв
На изгиб
0,51
4,61
6,01
0
1
2
3
4
5
6
7
Кварцевый песок
ВтОМ
Плавленый кварц
Предел прочности при изгибе,
МПа
Вид обсыпочного материала
30 % уступали по прочности образцам на основе плавленого кварца и
в 9 раз превышали прочность формы на основе кварцевого песка (рис. 4.3).
55
На рис. 4.4 представлены результаты по влиянию ВтОМ на коэф-
4.4. Влияние вида огнеупорного обсыпочного материала
на КТЛР огнеупорных керамических форм
0
2
4
6
8
10
100 150 200 250 300 350
КТЛР, 1/
0
С×10
-6
Температура, °С
Плавленый кварц
Электрокорунд
ВтОМ
Кристаллический кварц
фициент теплового линейного расширения огнеупорных керамических форм. Видно, что формы из ВтОМ в температурном диапазоне
250–350 °С по значению КТЛР близки к формам из электрокорунда.
Опытные отливки, полученные литьём по выплавляемым моделям в огнеупорные керамические формы, изготовленные с применением ВтОМ, характеризовались более высоким качеством поверхности. При сравнении показателей отливок, полученных в огнеупорные
керамические формы на основе плавленого кварца, и опытных отливок, были получены данные, что шероховатость поверхности опытных отливок по Ra уменьшилась в 3,7 раза, по Rz – в 4,7 раза.
Таким образом, замена дорогостоящих обсыпочных материалов
(кварцевый песок, электрокорунд, плавленый кварц) на вторичный
обсыпочный материал, полученный в результате рециклинга алюминиевых солевых шлаков, позволяет повысить технологические свойства огнеупорных керамических форм и качество отливок из алюминиевых сплавов при литье по выплавляемым моделям [33].
56
Контрольные вопросы
1. Укажите, в чём заключается актуальность вторичной переработки (ре-
циклинга) алюминиевых шлаков.
2. Определите, чем обусловлено различие фазовых составов алюминиевых
шлаков различного происхождения.
3. Назовите основные водонерастворимые и водорастворимые составляю-
щие алюминиевых шлаков.
4. Опишите краткий технологический процесс получения вторичного ог-
неупорного материала (ВтОМ).
5. Определите, в каком способе литья может использоваться ВтОМ.
6. Приведите примеры эффективности замены традиционных огнеупорных
материалов на ВтОМ.
7. Укажите, в чём заключается ресурсосбережение при использова-
нии ВтОМ.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Гуляев, Б.Б. Решённые и нерешённые задачи теории литейных процессов /
Б.Б. Гуляев // Литейное производство. – 1990. – № 9. – С. 2–3.
2. Бетс, Г. Толковый словарь / Г. Бетс, Б. Брайндли, С. Уильямс [и др.]. М.:
ИНФРА-М, 1998. – 498 с.
3. Блек, Д. Толковый словарь / Д. Блэк. М.: ИНФРА-М, 2000. – 840 с.
4. Иоффе, М.А. Ресурсо- и энергосбережение в литейном производстве: учеб.
пособие / М.А. Иоффе, Г.А. Косников, Ю.А. Синев. – СПб.: Изд-во Северо-
Запад. таможен. управление, 2006. – 207 с.
5. Экономические ресурсы, их виды. Ограниченность ресурсов. –
http://modern-econ.ru/vvedenie/problemy/potrebnosti-i-resursy/resursy.html
6. Кураков, Л.П. Экономика и право: словарь-справочник / Л.П. Кураков,
В.Л. Кураков, А.Л. Кураков. М.: Вуз и школа, 2004. – 1072 с.
7. Лопатников, Л.И. Экономико-математический словарь: Словарь современ-
ной экономической науки / Л.И. Лопатников. М.: Дело, 2003. – 520 с.
8. Дибров, И.А. Перспективные направления развития литейного производ-
ства России / И.А. Дибров // IX съезд литейщиков России [труды]. – Уфа,
2009. – С. 3–6.
9. Мартынов, А.С. Энергопотребление и экоэнергетическая эффективность
отраслей экономики Российской Федерации. Чёрная металлургия /
А.С. Мартынов, В.А. Артюхов, С.И. Забелин [и др.]. – Интерфакс-Эра:
аналит. обзор. – 2012. – http://interfax-era.ru/chernaya-metallurgia
57
10. Отчет IFC: «Ресурсоэффективность литейного производства в России». –
2010. – http://www.i-mash.ru/index.php?newsid=10955#p10
11. Никитин, В.И. Наследственность в литых сплавах: монография / В.И. Ни-
китин, К.В. Никитин. – Изд. 2-е, перераб. и доп. – М.: Машиностроение-1,
2005. – 476 с.
12. Степанова, С.А. Отходы? Нет – плохо переработанное сырьё: о концепту-
альных основах использования вторичных ресурсов / С.А. Степанова //
Металлы Евразии. – 2003. – № 5. – С. 4–6.
13. Степанова, С.А. Участие России в инициативе стран «Группа восьми» по
вторичному использованию отходов производства / С.А. Степанова // Ли-
тейщик России. – 2006. – № 5. – С. 7–9.
14. Saravanakumar, P. Role of salt fluxes in aluminium refining: a review /
P. Saravanakumar, J. Bhoopashram, M. Kavin Prasath, M. Jaycharan // Interna-
tional Journal of Latest Engineering and Management Research. – 2017. –
Vol. 2. – Issue 9. – P. 45–51.
15. Макаров, Г.С. Перспективы рециклинга алюминия в России / Г.С. Макаров
// Технология легких сплавов. – 2007. – № 2. – С. 81–87.
16. Казанцев, Г.Ф. Переработка лома и отходов цветных металлов в ионных
расплавах / Г.Ф. Казанцев, Н.М. Барбин, И.Г. Бродова и др. – Екатерин-
бург: УрО РАН, 2005. – 210 с.
17. Курдюмов, А.В. Влияние технологии плавки и литья на качество и свойст-
ва алюминиевых сплавов / А.В. Курдюмов, С.В. Инкин // Цветные метал-
лы. – 1981. – № 6. – С. 94–97.
18. Напалков, В.И. Физико-химические процессы рафинирования алюминия и
его сплавов / В.И. Напалков, С.В. Махов, Б.А. Бобрышев, В.С. Моисеев //
Под ред. В.И. Напалкова. – М.: Теплотехник, 2011. – 496 с.
19. Эскин, Г.И. Влияние кавитационной обработки расплава на структуру и
свойства литых и деформированных легких сплавов / Г.И. Эскин // Вест-
ник РАЕН. – 2010. – № 3. – С. 82–89.
20. Зарембо, В.И. Фоновое резонансно-акустическое управление гетерофаз-
ными процессами / В.И. Зарембо // Теоретические основы химической тех-
нологии. – Т. 49. – 2006. – № 5. – С. 520–532.
21. Глущенков, В.А. Влияние импульсного магнитного поля высокой напряжён-
ности на свойства жидких алюминиевых сплавов / В.А. Глущенков,
Ф.В. Гречников, В.И. Никитин, Д.Г. Черников, А.Ю. Иголкин, К.В. Никитин,
А.А. Поздняков // Литейщик России. – 2010. – № 7. – С. 34–39.
58
22. Глущенков, В.А. О воздействии импульсных магнитных полей на распла-
вы / В.А. Глущенков, Д.Г. Черников, В.И. Никитин, К.В. Никитин // Ме-
таллургия машиностроения. – 2012. – № 4. – С. 47–50.
23. Ри, Э.Х. Влияние облучения жидкой фазы наносекундными электромаг-
нитными импульсами на её строение, процессы кристаллизации, структу-
рообразования и свойства литейных сплавов / Э.Х. Ри, Хосен Ри,
С.В. Дорофеев и др. – Владивосток: Дальнаука, 2008. – 177 с.
24. Грабовый, В.М. Выбор технологии электрогидроимпульсной подготовки
расплава к заливке / В.М. Грабовый // Металлургия машиностроения. –
2009. – № 1. – С. 29–34.
25. Деев, В.Б. Модифицирующая обработка сплавов магнитным полем /
В.Б. Деев, И.Ф. Селянин, О.И. Нохрина и др. // Литейщик России. – 2008. –
№ 3. – С. 23–25.
26. Найдек, В.Л. Повышение качества отливок из алюминиевых и медных
сплавов плазмореагентной обработкой их расплавов / В.Л. Найдек,
А.В. Наривский. – Киев: Наукова Думка, 2008. – 183 с.
27. Никитин, К.В. Строение и свойства металлических расплавов: учеб. посо-
бие / К.В. Никитин. – Самара: СамГТУ, 2015. – 77 с.
28. Никитин, К.В. Рециклинг металлоотходов на основе алюминия: учеб. по-
собие / К.В. Никитин. – Самара: СамГТУ, 2015. – 67 с.
29. Tsakiridis, P.E. Aluminium salt slag characterization and utilization – А review /
P.E. Tsakiridis // J. Hazard. Mater. – 2012. – Vol. 217–218. – P. 1–10.
30. Peterson, R.D. Review of aluminum dross processing / R.D. Peterson,
L. Newton // Light Metals: Proceedings of Sessions, TMS Annual Meeting. –
2002. – Р. 1029–1037.
31. Соколов, А.В. Исследование влияния состава керамических оболочек на их
свойства при литье по выплавляемым моделям / А.В. Соколов,
В.Н. Дьячков, К.В. Никитин // Матер. междунар. науч.-практ. конф. «Со-
временное состояние и перспективы развития литейного производства». –
М., 2015. – С. 333–340.
32. Дьячков, В.Н. Влияние состава керамических оболочек на их свойства при
литье по выплавляемым моделям / В.Н. Дьячков, А.В. Соколов,
К.В. Никитин, А.Ю. Баринов // Труды 12 съезда литейщиков России. –
Н.Новгород. – 2015. – С. 420–426.
33. Никитин, К.В. Инновации в литье по выплавляемым моделям /
К.В. Никитин, А.В. Соколов, В.И. Никитин, В.Н. Дьячков. – Самара:
СамНЦ РАН, 2017. – 144 с.
59
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение ....................................................................................................................... 3
1. Литейное производство – важнейшая заготовительная база машиностроения ..... 5
1.1. Основные виды экономических ресурсов ...................................................... 5
1.2. Материальные и энергетические ресурсы – важнейшие факторы
литейного производства .................................................................................. 8
Контрольные вопросы........................................................................................... 15
2. Основные направления по экономии ресурсов в литейном производстве ..... 16
2.1. Общие подходы в экономии металлов ......................................................... 16
2.2. Экономия ресурсов в процессе приготовления сплавов ............................ 22
2.3.Экономия энергоресурсов при плавке и литье ............................................. 25
Контрольные вопросы........................................................................................... 28
3. Рациональное использование отходов на основе алюминия ............................ 29
3.1. Подготовка отходов к переработке .............................................................. 29
3.2. Плавка подготовленных отходов на основе алюминия ............................. 35
3.3. Очистка расплавов от растворимых и нерастворимых
неметаллических включений ........................................................................ 38
Контрольные вопросы........................................................................................... 49
4. Применение продуктов рециклинга алюминиевых шлаков в технологиях
литья по выплавляемым моделям ............................................................................ 50
Контрольные вопросы........................................................................................... 56
Библиографический список ...................................................................................... 56
60
Ресурсо- и энергосбережение в литейном производстве
Редактор
Компьютерная верстка
Выпускающий редактор
Подп. в печать 23.11.20
Формат 60×84 1/16. Бумага офсетная
Усл. п. л. 3,49. Уч.-изд. л. 3,4
Тираж 50 экз. Рег. № 222/20
Федеральное государственное бюджетное
образовательное учреждение высшего образования
«Самарский государственный технический университет»
443100, г. Самара, ул. Молодогвардейская, 244. Главный корпус
Отпечатано в типографии
Самарского государственного технического университета
443100, г. Самара, ул. Молодогвардейская, 244. Корпус № 8
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]