Металлургия вторичного алюминия Металлургические технологии Лекция 7

Металлургия вторичного алюминия Металлургические технологии Лекция 7

2000 год выпуск алюминия из отходов и лома 7, 5 млн тонн (1, 3 млн т – в России) • Лидеры: США, Япония, Германия, Великобритания, Франция • Прирост в год – 10 %

Причины, стимулирующие развитие вторичной металлургии алюминия • Увеличение расхода Al на сооружение линий электропередачи (США, Европа, Россия) • Увеличение использование вторичного сырья при производстве сплавов • Увеличение доли Al деталей в транспортных средствах (дизельный двигатель, кузов => масса : срок службы)

Причины, стимулирующие развитие вторичной металлургии алюминия • Увеличение расхода Al в строительных конструкциях (окна, двери, облицовка фасадов и внутренних частей здания) • Увеличение доли Al в производстве упаковочных материалов (банки, фольга) • Рост производства товаров народного потребления (посуда, бытовая техника, радиоаппаратура, компьютеры)

Банки для напитков - стабильный, выгодный, значительный источник сырья для вторичной металлургии - изготавливаются из деформируемых сплавов состава, %: 0, 3 Si – 0, 4 Cu – 2, 0 Mg – 0, 25 Zn – 0, 04 Pb – 0, 7 Fe – 1, 5 Mn – 0, 1 Cr – 0, 08 Ti – 0, 04 Sn – 0, 12 примеси – остальное Al Возврат на переработку ~ 60% (до 80%) (без России) утилизация изготовление использование

Потребление и возврат в виде лома Al в развитых странах (без России) Область потребления Потребление от производства Al, % Возврат, %, к потреблению Транспорт Машиностроение Электротехника Строительство Химия Упаковочные материалы Бытовая техника Разное Итого 20 8 8 20 3 30 8 3 100 70 60 80 50 50 20 70 70

Термины и определения (по ГОСТ «Лом и отходы цветных металлов и сплавов» ) Отходы производства и потребления полуфабрикатов из Al и его сплавов являются металлургическим сырьем и рассматриваются как вторичные материальные ресурсы • Вторичные ресурсы – весь объем отходов, образующихся в сфере материального производства и в непроизводственной сфере. Вовлекаются в оборот непосредственно в местах их образования и через систему заготовки, поставляющую их в поизводство • Потенциальные вторичные ресурсы – весь объем отходов, образующихся в сферах производства и потребления, кроме безвозвратных потерь

Термины и определения (по ГОСТ «Лом и отходы цветных металлов и сплавов» ) • Отходы производства – остатки сырья, материалов и п/фабрикатов, образующиеся в процессе производства, которые частично или полностью утратили первоначальные потребительские качества и не соответствуют стандартам • Отходы потребления – бывшая в эксплуатации готовая продукция, которая в результате физического или морального износа утратила свои потребительские качества и не используется по прямому назначению

Термины и определения (по ГОСТ «Лом и отходы цветных металлов и сплавов» ) • Отходы производства и потребления Утилизируемые существует технология переработки Неутилизируемые отсутствует технология переработки, переработка экономически невыгодна

Термины и определения (по ГОСТ «Лом и отходы цветных металлов и сплавов» ) • Вторичная цветная металлургия – подотрасль цветной металлургии, производящая заготовку и переработку лома и отходов цветной металлургии • Лом цветных металлов – пришедшие в негодность или утерявшие эксплуатационную ценность изделия • Отходы цветных металлов – отходы при производстве и неисправимый технологический брак

Термины и определения (по ГОСТ «Лом и отходы цветных металлов и сплавов» ) • Брутто лома и отходов – общая масса лома и отходов с засоренностью • Нетто лома и отходов – масса лома и отходов без засоренностью • Низкокачественные лом и отходы – не соответствующие требованиям к сортам основных групп

Термины и определения (по ГОСТ «Лом и отходы цветных металлов и сплавов» ) • Сложный лом – лом соединенных изделий или их частей из 2 -х и более цветных металлов или сплавов • Кусковой лом – разделанный лом цветных металлов (сплавов), изделия из них, габариты которых не превышают установленных ГОСТом • Отвальные отходы – образуются при производстве, дальнейшая переработка которых экономически нецелесообразна

Классификация Al отходов и лома Классификация отходов – разделение по физическим, химическим свойствам и качеству • Класс – объединяет отходы по физическим признакам • Группа - объединяет отходы по химическим признакам • Сорт - объединяет отходы по признакам качества

Источники образования отходов производства Металлургический передел (шлаки, съемы) Механическая обработка (стружка, высечка, обрезь) Прокатный передел (обрезь, стружка, опилки) Литейное производство (литники, съемы, сплесы) Кабельное производство (обрезь, путанка)

По способу использования: • Текущие отходы – образуются на предприятиях в процессе производства • Оборотные – используются на предприятиях, где они образуются • Отвальные – переработка существующими методами экономически нецелесообразна • Безвозвратные потери – образуются при коррозии, истирании, угаре металла, чистовой механической обработке, несобранные отходы

По физическим признакам: • Взрывоопасные отходы с взрывчатыми и легковоспламеняющимися веществами (герметически закрытые и полые предметы, заполненные льдом или влагой, а также любые отходы, не прошедшие пиротехнический контроль) • Обезвреженные отходы (освобожденные от ядовитых, взрывоопасных и вредных веществ) • Габаритные отходы (габариты которых соответствуют требованиям загрузки металлургических печей)

По физическим признакам: • Легковесные отходы (с низкой объемной плотностью – фольга и др. ) • Кусковые отходы (получаемые при литье, прокатке, ковке, штамповке и обрезке) • Стружка: а) вьюнообразная (длина витка более 100 мм) б) сыпучая (длина витка менее 100 мм) в) смешанная (низкокачественная – смесь а) и б), содержащая посторонние включения)

Отходы потребления по источникам образования делятся на группы: Лом промышленный, транспортный, сельскохозяйственный (машины, оборудование, детали, изделия) Лом военный (самолетный, корабельный, ракетный и др). Лом бытовой

Термины и определения (по ГОСТ «Лом и отходы цветных металлов и сплавов» ) • Опробование лома и отходов – отбор и подготовка пробы для определения засоренности, металлургического выхода и химического состава лома и отходов • Приделки – детали из других материалов, металлов, сплавов, отличающиеся по химическому составу от Al лома, с которым они соединены механическими конструкционными элементами (болтами, гайками, шпильками и др. )

Термины и определения (по ГОСТ «Лом и отходы цветных металлов и сплавов» ) • Первичная обработка – сортировка, разделка, пиротехнический контроль, приведение лома и отходов к соответствующим массе и размерам • Сортировка – разделение лома и отходов на классы, группы, сорта, марки сплавов

Термины и определения (по ГОСТ «Лом и отходы цветных металлов и сплавов» ) • Разделка – освобождение основного металла от засоренности, приведение к массе и размерам, удобным для дальнейшей переработки. • Подготовительный – сплав, полученный при переплавке низкокачественного лома и отходов и предназначенный для подшихтовки производстве стандартных сплавов

Подготовка к плавке стружки • Доля стружки во вторичной металлургии – 40% • Перед плавкой определяют: содержание влаги, масла, засора, содержание основного металла (поставщикам сырья оплачивается только стоимость металла) • • • Содержание Al в стружке – 73 -90% Потери на угар – 5 % Содержание масла – 3 -20% Содержание влаги – 5 -20% Содержание Fe (механическая примесь) – 3 -10%

Подготовка к плавке стружки Нежелательно: - Присутствие железа (коррозия при хранении, при плавке растворяется в Al, переходит в сплав) - Повышенное содержание пыли и грязи (препятствуют слиянию капель Al, он переходит в шлак, необходимость ввода повышенного количества флюса) - Смешивание стружки от сплавов с разным химическим составом (трудно получить сплав по ГОСТ без корректировки химического состава)

вьюнообразная Пакетирование стружка сыпучая Грохочение Дробление хвосты Сушка неметаллические примеси в отвал Сортировка Грохочение Fe в черную металлургию Отделение Fe магнитной сепарацией неметаллические примеси мелкий лом, обрезь Плавка отвал

Подготовка к плавке стружки • Дробление (молотковые дробилки, разрывные устройства СДА-7) • Сушка при Т = 400 -450 о. С (центрифугирование, «Интал» )

Подготовка к плавке съемов • Съемы – бесформенные глыбы пористого металла, образующиеся при застывании оксидной пленки, удаляемой с поверхности металла перед разливкой • На переплавку поступают съемы: - кусковые (богатые) – 45 -80% свободного неокисленного металла – сильно окисляются на воздухе, превращаются в порошок - порошковатые (бедные) – 10 -20% металла в виде корольков

Подготовка к плавке съемов Съемы свежие кусковые Съемы старые сыпучие Дробление Грохочение Пылевидная фракция в отвал Магнитная сепарация Fe – в черную металлургию на плавку

Подготовка к плавке обрези • Обрезь листовых профилей, труб, прутков, проволоки – 20 % от общей массы перерабатываемого Al и сплавов • Листовая обрезь содержит ~10 % засора • Плакированная (покрытая слоем чистого Al) обрезь более коррозионноустойчива • Обрезь необходимо пакетировать на месте образования

Подготовка к плавке фольги • Фольга – холоднокатаная лента из чистого Al толщиной 0, 003 -0, 2 мм – ценное металлургическое сырье (выход до 98%) • Назначение – упаковочный материал, конденсаторные ленты, экранирование радио - и электронных приборов, термо- и гидроизоляция в строительстве

Подготовка к плавке фольги Поступает на переработку: 1. Брак в рулонах или спутанном состоянии 2. Брак изделий 1, 2 – сразу на плавку 3. В виде лома (старая упаковка крашеная, гладкая, тисненая) 3 – на пакетирование 4. Кашированная (наклеенная для упрочнения на бумагу, кожу, картон, целлофан) – дробление, обжиг, пакетирование

Подготовка к плавке отходов кабельной продукции • Кабель бронированный (в Pb, Al оболочке) • Кабель небронированный (в резиновой, полимерной оболочке) • Проводники тока (в резиновой, полимерной, бумажной оболочке с примесью битума, смолы)

Подготовка к плавке отходов кабельной продукции • Удаление изоляционной оболочки (разделка, обжиг) • Дробление • Магнитная сепарация • Криогенный метод (при обработки охлаждающими реагентами изоляция, черные металлы, Zn и его сплавы становятся хрупкими. Cu и Al остаются пластичными)

Основные операции подготовки вторичного сырья • Разделка машинного и моторного лома (вручную автогеном, бензорезами, гильотинными или аллигаторными ножницами, огневой резкой) • Дробление – измельчение и разрушение механических связей между Al и не Al элементами • Пакетирование – уплотнение некомпактного сырья в пакеты определенной массы, габаритов и плотности

Основные операции подготовки вторичного сырья • Сортировка сырья: - по внешнему виду - по физическим свойствам - по химическим свойствам - в тяжелых жидкостях - рентгенометрическим методом - магнитной сепарацией

Продукция вторичной металлургии алюминия • • Литейные сплавы Деформируемые сплавы Сплавы-раскислители Алюминиевые лигатуры

Алюминиевые сплавы Литейные сплавы Al-Si, Al-Cu, Al-Mg характеризуются: • Жидкотекучестью • Формозапоминаемостью • Хорошими механическими, антикоррозионными, жаропрочными свойствами • Безграничной комбинацией легирующих элементов

Литейные сплавы груп па система марка Si Mg Cu Mn 1 Al-Si AK 12 (АЛ 2) 10 -13 - - - 2 Al-Si-Mg AK 9 (АЛ 4) 8 -10 0, 17 -0, 3 - 0, 25 -0, 5 3 Al-Si-Cu AK 5 M 2 (АЛ 6) 4, 5 -6, 0 - 2 -3 - 4 Al-Si-Mg-Cu АК 5 М (АЛ 3) 4 -6 0, 2 -0, 8 1, 5 -3, 5 0, 2 -0, 8 5 Al-Mg АМг 10 (АЛ 8) - 9, 5 -11, 5 - - 6 Al-Mg-Cu-Ni (АЛ 1) - 1, 25 -1, 75 3, 75 -4, 5 1, 75

Литейные сплавы 1 -2 групп (двойные сплавы Al-Si с небольшими добавками Mg) отличаются: высокой коррозионной стойкостью, хорошими литейными свойствами, склонностью к газонасыщению (пористости отливок), низкой жаропрочностью. Механическая прочность повышается термической обработкой.

Литейные сплавы • Силумины с медью (АК 5 М, АК 5 М 2, АК 4 М 4, АЛ 10 В, АЛ 14 В и др. ): Уступают по литейным свойствам, герметичности и коррозионной стойкости Превосходят по прочности, жаропрочности и обрабатываемости резанием

Литейные сплавы • Силумины с никелем (АК 12 ММг. Н, АК 12 М 2 Мг. Н, АК 21 М 2, 5 Н 2, 5): эвтектические и заэвтектические силумины отличаются повышенной жаропрочностью и низким коэффициентом термического расширения

Алюминиевые сплавы Деформируемые сплавы делятся на: • Неупрочняемые термообработкой (технический алюминий, сплавы Al-Mg, Al-Mn) • Упрочняемые термообработкой (дуралюмины Al-Cu-Mg, ковочные сплавы Al-Mg-Si, Al-Mg-Si-Cu, Al-Zn-Mg-Cu)

Деформируемые сплавы из вторсырья Марка Cu Mg Mn Si Zn ВД 1 2, 0 -5, 0 0, 4 -1, 6 0, 3 -0, 8 - - АКМ 1, 2 -2, 6 0, 8 -1, 4 0, 2 -0, 8 -2, 2 - В 95 -2 1, 0 -3, 0 1, 0 -2, 8 0, 2 -0, 8 - 2, 0 -6, 5 АКМц 1, 4 -3, 0 1, 2 -2, 5 0, 1 -0, 7 0, 8 -1, 6 3, 5 -6, 0 В 95 -1 1, 0 -3, 0 0, 6 -2, 6 - 0, 8 -2, 0 АММ До 1, 64 1, 8 -4, 2 0, 1 -0, 8 0, 2 -1, 7 -

Деформируемые сплавы • Механические свойства сплавов повышают введением добавок Mn, Ti, Cr, Si, Be • Основные характеристики: - хорошая деформируемость в горячем и холодном состоянии - пластичность - свариваемость

Деформируемые сплавы Дуралюмины: • Низколегированные (Д 18, В 65) • Среднелегированные (Д 1, Д 3 П) • Высоколегированные (Д 6, Д 19, ВД 17) С повышением легирования прочность сплава растет, удлинение падает.

Сплавы-раскислители • Назначение – производство стали, металлургия Cr, V, Co и др. • Отличаются повышенным содержанием примесей • Себестоимость производства высока, производство на предприятиях втормета убыточно • Марки сплавов АВ 97 (Al-97%, примеси – 3%), АВ 92, АВ 91, АВ 88, АВ 86

Алюминиевые лигатуры • Лигатура – сплав с более высоким содержанием легирующего элемента • Лигатуры: Al-Cu, Al-Ni, Al-Si, Al-Ti, Al-Cr, Al-Mn Температуры плавления лигатур намного ниже температур плавления легирующих элементов

Плавка вторичного сырья • Печи: пламенные отражательные, шахтные, короткобарабанные вращающиеся, электрические (индукционные, канальные, тигельные) • При выборе печи значение имеет: емкость печи величина КПД печи (производительность) стоимость источников энергии размеры ущерба окружающей среде

Плавка вторичного сырья Свойства расплавов: • Испарение компонентов сплавов при плавке (Mg, Zn) – не допускать перегрев расплава, интенсивного перемешивания, длительного пребывания металла в печи • Окисление алюминиевых сплавов - повышают окисляемость Li, Mg, Zn, Na, мало влияют Pb, Sn, Cu, Mn, Si) • Взаимодействие сплавов с газами (пары воды, H 2, O 2, F, CO 2, N 2, Cl 2) и футеровкой печей (шамотом)

Рафинирование алюминиевых сплавов • • От твердых включений и газов: Отстаиванием Обработка вакуумом Обработка ультразвуком Созданием инертной атмосферы над расплавов Продувкой расплава газами Электрофлюсовым рафинированием Фильтрацией

Рафинирование алюминиевых сплавов От металлических примесей: • Mg, Zn – выдержка расплава при высокой температуре и перемешивании, продувка азотом, хлором, порошком Al. Cl 3, криолитом, дистилляцией • Fe – ликвационным способом • Fe, Si – применение растворителей (Mg, Zn, Hg, Pb)