СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ КРЕМНИЯ Российский патент 1994 года по МПК C22C1/02 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к технологии переработки отходов кремния при производстве алюминиевокремниевых сплавов.

Известно, что для получения алюминиевокремниевых сплавов используют кристаллический кремний фракции 20-50 мм, а пылевидную и мелкую фракции после дробления и отсева направляют в отвал, что ведет к снижению степени использования кремния при производстве вышеуказанных сплавов (М. Б. Альтман и др. Плавка и литье легких сплавов. М., "Металлургия", 1969, с. 270).

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ переработки кремния пылевидной фракции (0,3-1,0 мм), образуемой от дробления и транспортировок кристаллического кремния, включающий введение указанной фракции кремния в расплавленный и нагретый до температуры 850-900^оС (выше температуры плавления на 190-240^оС) алюминий в качестве присадки алюминиевокремниевых сплавов путем вдувания ее под уровень расплава с инертным газом или погружения в спрессованном виде с утяжелителем и флюсом (авт. св. N 1124599, кл. С 22 C, 1983).

Недостатком известного способа является низкая усвояемость пылевидного кремния, которая составляет лишь 60%. Фракция кремния менее 0,3 мм не усваивается, а более 1 мм - усваивается частично (менее 60%). Низкая усвояемость существенно увеличивает время приготовления сплава, так как для достижения требуемой концентрации кремния в получаемом сплаве необходимо ввести большее количество пылевидного кремния (больше в 1,6 раза). Увеличение продолжительности плавки ведет к повышенным потерям металла (алюминия и кремния-дополнительно) от окисления расплава.

Целью предлагаемого изобретения является повышение усвояемости кремния и сокращение потерь металла от окисления расплава за счет уменьшения продолжительности плавки.

Поставленная цель достигается тем, что по способу переработки отходов кремния, включающему введение кремния пылевидной и мелкой фракции (0-20 мм) в расплав алюминия при перемешивании, кремний указанных фракций вводят на поверхность расплава, нагретого до температуры на 10-20^оС выше температуры плавления, а после введения кремния темпеpатуpу расплава повышают до 720-750^оС со скоростью 2,5-4^оС/мин. При получении заэвтектических алюминиевокремниевых сплавов отходы кремния вводят в расплав силумина.

Введение отходов кремния пылевидной и мелкой фракций (0-20 мм) на поверхность расплава, нагретого до температуры на 10-20^оС выше температуры плавления, с последующим повышением температуры расплава до 720-750^оС с определенной скоростью обеспечивает повышение усвояемости кремния и сокращение потерь металла от окисления расплава за счет уменьшения продолжительности плавки.

Усвояемость кремния пылевидной и мелкой фракций (0-20 мм) повышается за счет интенсивного замешивания кремния указанных фракций в расплав, нагретый до температуры на 10-20^оС выше температуры плавления, что создает благоприятные условия для эффективного его усвоения в период повышения температуры расплава до 720-750^оС с определенной скоростью. С повышением усвояемости кремния снижаются его потери, а значит, уменьшается количество вводимого в расплав кремния пылевидной и мелкой фракций, необходимое для достижения требуемой концентрации кремния в сплаве, что ведет к уменьшению времени приготовления сплава и за счет этого - сокращению потерь металла (алюминия и кремния-дополнительно) от окисления расплава.

Выбранные пределы параметров способа лимитируются следующими факторами.

1. Введение кремния пылевидной и мелкой фракций (0-20 мм) в расплав, нагретый до температуры, превышающей температуру плавления более, чем на 20^оС, ведет к резкому ухудшению замешивания кремния в расплав, что снижает его усвояемость и повышает потери металла от окисления расплава в результате увеличения продолжительности плавки, а введение кремния указанных фракций в расплав, нагретый до температуры, превышающей температуру плавления менее, чем на 10^оС, не представляется возможным из-за сближения температуры расплава и температуры его плавления.

2. Увеличение температуры расплава после введения кремния выше 750^оС ведет к увеличению потерь металла, а уменьшение ниже 720^оС - не обеспечивает высокой усвояемости (она ниже усвояемости кремния фракции 20-50 мм по известному способу приготовления сплава, равной 96,5%).

3. Увеличение скорости подъема температуры расплава более 4^оС/мин ведет к значительному снижению усвояемости (также ниже 96,5%), а уменьшение менее 2,5^оС/мин - к увеличению потерь металла от окисления расплава.

В результате поиска по патентной и научно-технической литературе не были обнаружены технические решения с признаками, отличающими предлагаемый способ от прототипа, а именно: позволяющими осуществить интенсивное замешивание кремния пылевидной и мелкой фракций (0-20 мм), создав тем самым благоприятные условия для эффективного его усвоения, что, в свою очередь, создает широкие возможности использования отходов кремния в качестве присадки при получении алюминиевокремниевых сплавов, причем пониженной себестоимости.

Реализация способа осуществляется при получении алюминиевокремниевых сплавов типа АЛ2 и АК18. В качестве присадки используют отходы кремния пылевидной и мелкой фракций (0-20 мм), получаемые при дроблении и транспортировках кристаллического кремния и направляемые после отсева в отвал. В качестве основы - расплава для введения отходов кремния, используют первичный алюминий марок А5, А6 и А0, а для получения сплава АК18 - чушковой силумин.

П р и м е р 1. В разогретую тигельную печь ИАТ-6М (емкостью 6 тн) загружают чушковой алюминий в количестве 4500 кг, расплавляют его и расплав доводят до температуры на 10^оС выше температуры плавления, т. е. до 670^оС, при которой на поверхность расплава загружают отходы кремния пылевидной и мелкой фракций (0-20 мм) в количестве 556 кг из расчета получения сплава АЛ2 с содержанием кремния 11% (без учета потерь). Перегрев над ликвидусом в 10^оС поддерживают в течение всего периода введения кремния указанных фракций, а после завершения его введения температуру расплава повышают до 720^оС со скоростью 2,5^оС/мин. Отбирают пробы на определение химического состава. После остывания шлака от него отбирают пробы на определение количества металла и окислов в нем. Шлак взвешивают. Определяют усвояемость кремния и потери металла. Получают сплав АЛ2 с содержанием кремния 10,87%. Усвояемость кремния составляет 98,8%.

В примерах 2 и 3 отходы кремния перерабатывают аналогично примеру 1 при следующих параметрах. П р и м е р 2. Температура перегрева над ликвидусом 15^оС Температура расплава после ее повышения 730^оС Скорость подъема темпера- туры 3^оС/мин
П р и м е р 3. Температура перегрева над ликвидусом 20^оС Температура расплава после ее повышения 750^оС Скорость подъема темпе- ратуры 4^оС/мин.

В примере 4 отходы кремния перерабатывают аналогично примерам 1-3 с введением кремния пылевидной и мелкой фракции (0-20 мм) в расплав силумина.

П р и м е р 4. В печь загружают 4800 кг чушкового силумина с содержанием кремния 10,8%, расплавляют содержимое и расплав доводят до температуры на 10^оС выше температуры плавления, т. е. до 605^оС, при которой на поверхность расплава загружают кремний пылевидной и мелкой фракций (0-20 мм) в количестве 422 кг из расчета получения сплава АК18 с содержанием кремния 18% (без учета потерь) . После введения отходов кремния температура расплава повышают до 720^оС со скоростью 2,5^оС/мин. Получают сплав с содержанием кремния 17,68. Усвояемость составляет 98,2%.

В примерах 5 и 6 отходы кремния перерабатывают аналогично примеру 4 в пределах заявленных интервалов.

В примерах 7-11 отходы кремния перерабатывают аналогично примерам (1-6) за пределами заявленных интервалов.

Перерабатывают отходы кремния и по известному способу.

Результаты испытаний приведены в таблице.

Из данных таблицы видно, что использование заявляемого способа переработки отходов кремния пылевидной и мелкой фракций (примеры 1-6) обеспечивает повышение усвояемости кремния на 37,4-38,5% и сокращение потерь металла от окисления расплава на 3,2-3,8 кг/т (в том числе алюминия - на 2,8-3,6 кг/т) за счет сокращения продолжительности плавки на 19% при получении сплава АЛ2 и на 38% - сплава АК18. Удельный расход кремния пылевидной и мелкой фракций уменьшается в среднем на 70,8 кг/т получаемого сплава.

Использование: при переработке отходов кремния. Сущность: осуществляют введение кремния фракции (0,1 - 20 мм) на поверхность расплава алюминия при 670 - 680°С с последующим нагревом расплава до 720 - 750°С со скоростью 2,5 - 4°С/мин. 1 табл.

СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ КРЕМНИЯ, включающий введение кремния в расплав алюминия с перемешиванием, отличающийся тем, что, с целью повышения степени усвоения кремния, сокращения продолжительности процесса плавки и потерь алюминия и кремния, введение кремния фракции 0,1 - 20,0 мм осуществляют на поверхность расплава при 670 - 680^oС с последующим нагревом расплава до 720 - 750^oС со скоростью 2,5 - 4,0 град./мин.