СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ МЕТАЛЛОСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА Российский патент 2002 года по МПК C22B7/00 C22B21/00 

Предлагаемое изобретение относится к металлургии и может быть использовано в цветной металлургии для переработки отходов производства алюминия (шлаки, съемы, "сплесы", "козлы"), брак литейного производства.

Общеизвестна переплавка металлосодержащих отходов металлургического производства и брака литейного производства в транспортных литейных ковшах путем их загрузки в жидкий металл, поступающий в литейное отделение из корпусов электролиза.

Недостатки известного способа:
а) загрязнение металла оксидами и шлаковыми включениями;
б) возможность выбросов металла из-за наличия в переплавляемом материале остаточной влаги и других включений (масло, эмульсия и др.), что создает аварийные ситуации.

Известен способ плавления стружки алюминия или его сплава, в котором стружку добавляют в расплав в виде спрессованных заготовок так, чтобы кажущийся удельный вес стружки был больше удельного веса расплава (Заявка Японии 56-21339, C 22 B 21/00, 1981 г.) [1].

Недостаток известного решения в том, что требуется дополнительный передел - прессование, специальное оборудование, происходит загрязнение расплава оксидными включениями (значительная поверхность спрессованных из стружки заготовок), неметаллическими примесями.

Наиболее близким к предлагаемому решению является способ плавки лома и алюминиевых сплавов, включающий фракционную загрузку шихты в три слоя с образованием вертикального столба: нижний слой фракции 101-200 мм, средний слой фракции 50-100 мм, верхний слой 201-400 мм. Теплоноситель подают в нижний слой от границы нижнего и среднего слоев к низу для сушки и нагрева шихты. При достижении температуры нижнего слоя 450-500^oС столб шихты наклоняют к горизонтали на 30-35^oС и выдерживают до появления на его поверхности жидкого металла, после чего столб шихты переводят в горизонтальное положение и выдерживают до расплавления всей шихты, высоту нижнего слоя определяют из соотношения (7,0-10,0) Нср., где Нср.- средняя величина кусков нижнего слоя.

Изобретение позволяет увеличить извлечение металла в готовую продукцию в среднем до 94,55% и снизить расход топлива до 87,8 кг/т (А.с. СССР 1620497, С 22 В 21/00) [2].

По технической сущности, достигаемому результату и наличию сходных признаков данное решение выбрано в качестве прототипа.

Недостатком данной технологии является ее значительная энергоемкость - на фракционный рассев шихты и на ее переплавку, значительны потери металла.

Задачей предлагаемого технического решения является снижение энергоемкости переплавки отходов алюминиевого производства, повышение извлечения металла в товарный продукт, снижение потерь алюминия-сырца при производстве.

Техническим результатом является малозатратная переработка металлосодержащих отходов алюминиевого производства и возвращение их в основное производство за счет использования теплоэнергии металлургического передела этого же производства и снижение потерь металла за счет окисления при его выпивке из алюминиевого электролизера.

Технический результат достигается тем, что в способе переработки твердых алюминийсодержащих отходов металлургического производства, включающем их загрузку в металлургическую емкость, сушку и подачу теплоносителя, в качестве металлургической емкости используют пустой вакуумный ковш со съемной крышкой, в качестве теплоносителя используют жидкий металл и отходы загружают в количестве 0,025-0,045 от массы забираемого в вакуумный ковш жидкого металла непосредственно из алюминиевого электролизера.

Существующая технология выливки алюминия-сырца на отечественных заводах включает забор металла из электролизера в вакуум-ковш и транспортировку его в литейное отделение.

Транспортировка металла в литейный цех (отделение) осуществляется либо в совмещенном вакуум-транспортном ковше со съемной крышкой, либо в транспортном ковше, куда металл переливают из вакуум-ковша.

При наборе металла в вакуум-ковш имеют место потери металла за счет его окисления. Основная причина окисления алюминия заключается в эжекции пузырьков воздуха струей переливаемого металла в объем перелитого металла, а также контактированием поверхности струи металла с кислородом и влагой воздуха. Процесс усугубляется максимально высокой температурой алюминия, близкой к температуре электролиза (940-960^oС).

В результате балансового обследования выливки алюминия-сырца из электролизера с использованием совмещенного вакуум-транспортного ковша было установлено, что потери металла за счет окисления в среднем составляют 1,36 кг/т алюминия-сырца, т.е. потери алюминия являются весьма значительными.

Сущность предлагаемого решения заключается в том, что перед набором металла из электролизера в вакуум-ковш загружают твердые алюминийсодержащие отходы и/или твердый алюминий и/или алюминиевый сплав в количестве 0,025-0,045 кг/т алюминия-сырца.

При загрузке в пустой горячий вакуум-ковш (Т=800±50^oС) металла или шлака последний прогревается, в результате чего происходит удаление "случайной" влаги. Набираемый в вакуум-ковш жидкий металл расплавляет твердый алюминий или металлическую фазу шлака. При этом температура набранного в ковш металла резко снижается. Поэтому при дальнейшем наборе металла в ковш эжекция пузырьков воздуха в охлажденный металл приводит к меньшему окислению выливаемого из электролизера алюминия.

Таким образом достигается двойной эффект: во-первых, перерабатываются отходы (брак) металлургического производства без дополнительных энергетических затрат на их подготовку и переплавку и превращение в товарный металл.

Во-вторых, сокращаются потери товарного металла за счет снижения его угара при выливке из электролизера с использованием вакуум-ковша, т.к. снижается температура вылитого из электролизера металла.

Сравнение предлагаемого решения с прототипом выявило следующие отличия: в предлагаемом способе, загрузка ведется в пустой горячий (~900^oС) вакуумный ковш со съемной крышкой, в который затем производится забор жидкого металла из электролизера загрузка ведется в количестве 0,025-0,045 от массы забираемого в ковш жидкого металла непосредственно из алюминиевого электролизера.

Вышеуказанное обуславливает соответствие предлагаемого решения критерию "новизна".

Сравнительный анализ предлагаемого решения с прототипом и другими известными решениями в данной области выявил следующее:
1) - общеизвестна технология переплавки отходов алюминиевого производства в транспортных ковшах;
2) - известен способ плавления стружки алюминия или его сплава, в котором стружку добавляют в расплав в виде спрессованных заготовок так, чтобы кажущийся удельный вес стружки был больше удельного веса расплава [1];
3) - известен способ плавки лома и отходов алюминиевых сплавов, включающий загрузку шихты в плавильную камеру, подачу теплоносителя к шихте до расплавления шихты [2];
4) - известен способ получения алюминиево-кремниевого сплава, включающий введение в расплав алюминия или его сплава кускового кристаллического кремния при температуре жидкого металла 780-820^oС [3].

В процессе поиска и сравнения известных в данной области технических решений с предлагаемым не выявлено решений, в которых загружают твердый алюминийсодержащий компонент в виде отходов алюминиевого производства в пустой вакуумный ковш со съемной крышкой перед выливкой металла в количестве 0,025-0,045 от массы забираемого в вакуумный ковш жидкого металла непосредственно из алюминиевого электролизера.

Таким образом предлагаемое техническое решение соответствует критерию изобретения "изобретательский уровень".

Загрузка переплавляемых отходов в вакуумный ковш со съемной крышкой в количестве 0,025-0,045 от массы забираемого в вакуумный ковш жидкого металла непосредственно из алюминиевого электролизера обусловлена следующим.

При загрузке отходов в количестве менее 0,025 от массы забираемого жидкого металла недостаточно снижается температуру жидкого алюминия, вследствие чего значителен угар металла в вакуум-ковше при выливке.

При загрузке отходов более 0,045 от массы забираемого жидкого металла значительно снижается температура жидкого алюминия, его угар, но на поверхности металла и на стенках вакуум-ковша образуется "жирный" шлак, что приводит к непроизводительным потерям металла, снижает эффективность работы вакуум-ковша.

В процессе проведения балансовых испытаний на АО "ИркАЗ-СУДЛ" подтверждена промышленная применимость и высокая эффективность предлагаемой технологии. В частности, извлечение металла из отходов составило 95-98%, а угар алюминия-сырца при выливке снизился в снизился в среднем на 0,32 кг/т алюминия-сырца.

Использование способа не только позволяет практически без энергозатрат и трудозатрат переработать отходы и брак металлургического производства, вернуть их в виде товарного металла, а также снизить потери металла в основном его производстве за счет снижения угара при заборе из электролизера в вакуумный ковш.

Источники информации
1. Заявка Японии 56-21339, С 22 В 21/00, 1981 г.

2. А.с. СССР 1620497, С 22 В 21/00, 1991 г.

3. Международная заявка WO 088/02409, С 22 С 1/01, 1988 г.

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано для переработки отходов алюминия. В предложенном способе переработка твердых алюминийсодержащих отходов включает их загрузку в металлургическую емкость, сушку и подачу теплоносителя, причем в качестве металлургической емкости используют пустой вакуумный ковш со съемной крышкой, в качестве теплоносителя используют жидкий металл и отходы загружают в количестве 0,025-0,045 от массы забираемого в вакуумный ковш жидкого металла непосредственно из алюминиевого электролизера. Обеспечивается малозатратная переработка отходов, снижение энергоемкости процесса, возвращение отходов в основное производство и повышение извлечения металла в товарный продукт.

Способ переработки твердых алюминийсодержащих отходов металлургического производства, включающий их загрузку в металлургическую емкость, сушку и подачу теплоносителя, отличающийся тем, что в качестве металлургической емкости используют пустой вакуумный ковш со съемной крышкой, в качестве теплоносителя используют жидкий металл и отходы загружают в количестве 0,025-0,045 от массы забираемого в вакуумный ковш жидкого металла непосредственно из алюминиевого электролизера.