Теория и практика флюсовой обработки алюминия

1. Теория и практика флюсовой обработки алюминия

2. История флюсовой обработки алюминия Первое упоминание о рафинировании флюсами в книге Николая Жукова «Алюминий и его металлургия» (1893 год) В СССР на алюминиевых заводах флюсы применяются с начала 40-х годов, когда в январе 1941 года ВАМИ разрабатывает «Пособие цеховых мастеров алюминиевых производств». Выходит книга Роя Андерсона «Вторичный алюминий», где в 6 главе «Флюсы применяемые при плавке скрапа» дана классификация флюсов, физические свойства флюсов и некоторые составы. (1931 год) 2 Толчком для проведения фундаментальных исследований в области флюсовой обработки стало окончание второй мировой войны и появившееся огромное количество алюминиевого лома, из которого надо было получить качественный металл с наименьшими потерями, а так же послевоенное восстановление и промышленная индустриализация страны. В 70-е годы прошлого столетия так же учёные МИСиСа под руководством А. В Курдюмова продолжили исследования в области флюсовой обработки алюминия, результатами которых металлурги пользуются до сих пор. Криолитсодержащий флюс и флюс «МХЗ» были введены в серийную технологию на всех алюминиевых заводах в СССР, а флюсы № 4 и 7 на моторных заводах для обработки силуминов.

3. В 1978 после упомянутых исследований школы Курдюмова госдепартамент США провёл аналитическую работу по обработке алюминия, где был составлен список всевозможных флюсовых препаратов запатентованных до 1978 года и просто упоминавшихся в научно-технической литературе. 8-е управление минавиапрома СССР на металлургических заводах ввело так называемую «директивную технологию», где для выпуска сплавов авиационного назначения были введены ограничения по использованию шихты и легирующих материалов, а так же обязательная операция рафинирования флюсами. Директивная технология была разработана в 1986 году ведущим отраслевым институтом ВИЛСом, работой руководил ныне здравствующий Геннадий Сергеевич Макаров. По случайному совпадению или нет, но параллельно американцы опять, же под эгидой госдепартамента США в это же время провели ряд работ по флюсованию. Наиболее значимыми здесь были исследования всевозможных реакций, проходящих в системе NaCl – KCl – AlCl3 – NaF – KF – AlF3 и работа по исследованию физических и химических свойств расплавленных солей и смесей. После развала СССР, а вслед за ним и научной базы, вопросам флюсовой обработки алюминия в России уделялось мало внимания. В связи с трудностями в финансировании научно-исследовательские работы стали возможны только при поддержке немногих частных предприятий

4. Флюсы в металлургии алюминия Покровные флюсы • Предотвращение окисления (угара) алюминия 4Al (ж) + 3O2 (г) → 2Al2O3 (γ) 2Al (ж) + 3СO2 (г) → Al2O3 (γ) + 3СО 2Al (ж) + 3СO (г) → Al2O3 (γ) + 3С 2Al (ж) + N2 (г) → 2AlN 4Al (ж) + 6CH4 (г) → 2Al2C3 + 12H2 2Al4C3 + 12Н2O = 4Al2O3 + 3C2H8 2AlN + 3Н2O = 2NH3 + Al2O3

5. Покровные флюсы Снижение содержания алюминия в шлаке Жидкий флюс смачивает шлак и увеличивает поверхностное натяжение между алюминием и шлаком Налипший алюминий на шлаке Слияние капель алюминия при помощи фтористой составляющей флюса и отделение алюминия от шлака

6. Покровные флюсы Предотвращение окисления алюминия в шлаке после съёма 4Al (ж) + 3O2 (г) → 2Al2O3 Al Al Без использования флюса (по данным Объединения немецких металлургических заводов при возгорании шлака потери алюминия составляет1%в минуту) С использованием флюса

7. Покровные флюсы Схема процесса окисления алюминия где, М – прирост массы в %, Nk и Na - количество атомов кислорода и алюминия, Mk + Ma – атомные веса кислорода и алюминия где, Мп –масса потерь, кг; 0,44 – коэффициент, учитывающий фактический прирост кислорода; WAl – массовая доля содержания алюминия в шлаке, %; Мш – масса шлака, кг

8. Покровные флюсы Переработка шлаков и низкосортных отходов в роторных печах При плавлении шлака во вращающейся роторной печи с неподвижной осью добавка флюса определяется из расчёта 0,7 – 1,1 % от оксидной части шихты, при этом образуется жидкотекучий расплав шлака, который выпускается после окончания процесса плавления через лётку. При плавке шлака в роторных наклонных печах (РНП) работа ведётся с меньшим добавлением флюса 0,2 – 0,4 % от массы оксидов. Это приводит к тому, что образуется не жидкотекучий шлак, а сухой рассыпчатый шлак, который в заключительной стадии процесса механически удаляется из опрокинутой печи.

9. Рафинирующие флюсы • Рафинирование от неметаллических и газовых включений (водород, оксиды, нитриды)

10. Рафинирующие флюсы • Рафинирование от щелочных и щелочно-земельных металлов (натрий, кальций, магний, литий)

11. Флюсовая обработка в ковше • Снижение шлакообразования во время перелива из электролизёра в вакуум-ковш Выливка в присутствии флюса

12. Флюсовая обработка в ковше • Снижение шлакообразования во время перелива из электролизёра в вакуум-ковш Выливка без флюса

13. Флюсовая обработка в ковше • Рафинирование алюминия сырца от натрия (катализатора окислительных процессов) снижает шлакообразование на 20-23% в ЛП, а выход годного увеличивается от 0,135 до 0,25%* *По данным компании «Aluminium Smelters Associates» (США) и «Ноesch Metallurgie GmbH» (Германия) График составлен по данным компании ALTEK-MDY, L.L.C. (США) 4Al (ж) + 3O2 (г) → 2Al2O3 (γ); 4Na + O2 = 2Na2O; 3Na2O + 2Al = Al2O3 + 6Na

14. Флюсовая обработка в миксере Снижение шлакообразования во время перелива алюминия Заливка в присутствии флюса

15. Флюсовая обработка в миксере Снижение шлакообразования во время перелива алюминия Заливка без флюса

16. Флюсовая обработка в миксере • Снижение шлакообразования во время легирования и перемешивания расплава

17. Флюсовая обработка в миксере • снижение содержания алюминия в шлаке Без использования флюса (А85) С использованием флюса (А85)

18. Флюсовая обработка в миксере снижение содержания алюминия в шлаке Без использования флюса (А 356.2) С использованием флюса (А 356.2)

19. Флюсовая обработка в миксере • рафинирование от неметаллических и газовых включений (водород, оксиды, карбиды, нитриды) • Способ обработки: флюс из расчёта 0,8 кг/т насыпать в карман перед выливкой или подать флюс на поверхность шлака и замешать в расплав

20. Переработка шлака в РНП Шлак обработанный флюсом Шлак не обработанный флюсом