ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ ПЕРЕРАБОТКИЛОМА И ОТХОДОВ АЛЮМИНИЯ
Рассмотрим этот вопрос, основываясь на работе Г. В. Га- левского с соавт. На технологической схеме первичной обработки алюминиевого лома и отходов (рис. 5.28) представлена практически вся номенклатура вторичного алюминиевого сырья, поступающего на заводы.
Значительная часть вторичного алюминиевого сырья представляет собой стружку, технологическая схема первичной обработки которой представлена на рисунке 5.29. Согласно этой схеме сыпучая и витая стружки складируются раздельно. Грохочение витой стружки осуществляется с целью отделения сыпучей стружки класса 100 мм. Грохочение сыпучей стружки заключается в отделении кусков крупностью более 100 мм, которые поступают на видовую сортировку.
Рис. 5.29
Технологическая схема первичной обработки стружки алюминия и алюминиевых сплавов
Прошедшая грохочение витая стружка подвергается дроблению, а недробимые предметы выбрасываются и поступают на сортировку. Если нет возможности произвести дробление витой стружки, ее подвергают сортировке, которая заключается в отделении лома, кусковых отходов,
посторонних предметов и пр. После сортировки стружку брикетируют и направляют на переплавку.
Прошедшая грохочение и дробление сыпучая стружка поступает на сушку для удаления влаги и масел. Сухая обезжиренная стружка направляется на грохочение с целью отсева землистой фракции -3...+0 мм, которая затем отправляется заводам черной металлургии по специальным техническим условиям.
Очищенная от мелкой фракции стружка поступает на магнитную сепарацию, в процессе которой из нее выделяется магнитная фракция, перерабатываемая по специальным схемам. Немагнитная же фракция идет на переплавку или брикетирование.На рисунке 5.30 приведены технологические схемы переработки шлака— рисунок 5.30а, скрапа— 5.306 и стружки — 5.30в, используемые на заводах компании «Реметалл» и «Рефиналса» (Испания). Эти наглядные схемы не требуют пояснений, но заметим, что линию переработки
Рис. 5.30
Технологические схемы подготовки к плавке шлаков фольги (а), скрапа (б), стружки (в)
шлаков на заводе «Рефиналса» применяют и для обработки отходов фольги.
Схемы металлургической переработки. Переработка лома и отходов алюминия производится в печах различных конструкций (табл. 5.16).
Таблица 5.16
Применение печей в алюминиевой промышленности
| № | Вид печи | Плавильный завод | Рафини рованный завод | Литейный завод | Электро лизный завод |
| 1.00 | Отражательная печь стационарная | 4 | 3 | 3 | 0 |
| 1.11 | Печь с вертикальной загрузкой | 2 | 1 | 0 | 0 |
| 1.12 | Круглая печь | 1 | 0 | 0 | 0 |
| 1.13 | Печь с открытым боковым метал- лоприемником | 0 | 0 | 2 | 0 |
| 1.14 | Двухкамерная печь | 3 | 1 | 1 | 0 |
| 1.15 | Печь с сухим подом | 0 | 3 | 0 | 0 |
| 1.16 | Печь для скоростного плавления | 0 | 0 | 3 | 0 |
| 1.17 | Шахтная печь | 0 | 0 | 3 | 0 |
| 1.21 | Отражательная печь наклоняемая | 4 | 3 | 3 | 4 |
| 1.22 | Бочкообразная печь | 2 | 3 | 0 | 0 |
| 1.33 | Овальная печь | 2 | 3 | 0 | 0 |
| 2.00 | Тигельная печь | 0 | 0 | 3 | 0 |
| 2.21 | Тигельная индукционная печь | 2 | 1 | 3 | 1 |
| 2.21 | Индукционная канальная печь | 2 | 0 | 1 | 2 |
| 3.00 | Роторная барабанная печь | 0 | 4 | 0 | 0 |
Примечание.
О — не используется, 1 — используется в особых случаях, 2 — часто используется, 3 — стандартная технология, 4 — основная технология.Обычно температура процесса лежит в пределах 700- 830°С. Наиболее чистый алюминий и его сплавы получаются в среде защитных газов (аргон, азот и гелий).
Отечественная классификация печей для переработки лома и отходов алюминия представлена ниже.
Все существующие плавильные печи, используемые для переработки лома и отходов алюминия, по методу нагрева можно подразделить на две основные группы: топливные; электрические.
К первой группе относятся печи, обогреваемые газом или мазутом, ко второй — обогреваемые электроэнергией.
Плавильный агрегат выбирают на основе экономических расчетов с учетом конкретных условий производства. Практически лом и отходы алюминия и его сплавов можно плавить в любой печи, так как температура их плавления невысока. Однако вследствие специфики плавки вторичного сырья целесообразнее использовать тот тип печи, который позволяет переплавлять сырье с наименьшими потерями, высокой степенью извлечения и наименьшими материальными и энергетическими затратами.
Практический опыт по переработке вторичного алюминиевого сырья, накопленный в мировой практике, позволил определить основные тенденции в развитии и совершенствовании тепловых агрегатов и их условную классификацию.
Топливные печи в зависимости от вида рабочего пространства разделяются на тигельные и ванные. Последние в свою очередь могут быть стационарными, поворотными и вращающимися.
Электрические печи по способу превращения электрической энергии в тепловую делятся на печи сопротивления и индукционные.
Печи сопротивления по форме рабочего пространства подразделяются на тигельные и камерные, а индукционные печи в зависимости от наличия сердечника делятся на тигельные и канальные.
Температура плавления чистого алюминия равна 660,37°С, а его сплавов — значительно ниже и для эв
тектического силумина составляет только 562°С.
При сравнительно низкой температуре плавления алюминий обладает высокими значениями скрытой теплоты плавления (391,2 кДж/кг, или 93,3 ккал/кг) и теплоемкости как в твердом (1,033 кДж/(кг °С), или 0,247 ккал/кг °С), так и в жидком (1,63 кДж/(кг °С), или 0,390 ккал/(кг °С) — при температуре плавления) состоянии. Поэтому для плавки 
алюминия требуется большое количество тепла. Например, для нагрева алюминия до 700°С необходимо вдвое больше тепла, чем для нагрева такого же количества меди до температуры 1100°С, или немного более, чем для нагрева такого же количества стали до 1600°С.
Количество тепла, расходуемого на нагрев, плавление и перегрев расплавленного металла до заданной температуры, можно определить с помощью диаграммы (рис. 5.31) как разность энтальпий в заданном диапазоне температур.
Процесс теплообмена в печи заключается в передаче тепла от источника энергии к металлу для его нагрева и плавления путем радиации, конвекции и теплопроводности. Как правило, эти три вида действуют совместно, но роль каждой составляющей существенно меняется в зависимости от конструкции печи (рис. 5.32).
В отражательной пламенной печи (широко используемой для переплавки лома и отходов алюминия) шихта нагревается при лучеиспускании от раскаленных стен и свода печи, а также при непосредственном соприкосновении металла с печными газами (см. рис. 5.32а). Поэтому металл, загруженный на сухую подину, нагревается только
снаружи и, несмотря на высокую теплопроводность алюминия, шихта в печи прогревается крайне неравномерно. После образования на подине слоя жидкого металла (рис. 5.32б) процесс плавления ускоряется и снизу за счет передачи тепла. Опыт работы отражательных печей, оборудованных устройствами для перемешивания расплава, показывает, что производительность плавки возрастает на 10-30%. Следует отметить, что высокая отражательная способность алюминия (он поглощает всего 10% лучистой энергии, тогда как медь — 30, а железо — 42%) делает малоэффективным радиационный нагрев при плавке сплавов в отражательных печах.
Жидкий металл нагревается через открытую поверхность, причем тепло от верхних слоев металла к нижним передается только благодаря теплопроводности металла, поскольку слои металла, имеющие меньшую плотность, не могут опуститься вниз, так что конвекционных потоков металла в ванне не образуется. Наличие на поверхности металла оксидной пленки или слоя флюса резко замедляет процесс плавки, вследствие чего происходят дополнительные потери металла за счет его окисления. Поэтому при плавке мелких отходов (стружка, мелкий шлак) практикуют их загрузку в ванну с предварительно наплавленным металлом.
При плавке металла в тигельной печи условия нагрева металла значительно лучше, чем в отражательной, так как он нагревается через дно и стенки тигля. Скорость подведения тепла к металлу Н зависит от его поверхности S, отнесенной к его объему V:
Н = S0,5 / V0»33.
Для тигельных печей оно составляет 2-3, а для пламенных — 1,5-3,0. Благоприятные условия нагрева создаются при конвекционном движении металла, нагревающегося снизу и с боков.
Процесс плавления алюминиевых сплавов существенно ускоряется при погружении шихты в расплав, когда одновременно с прогревом шихты идет ее растворение в металле.
Особенно хорошо плавится металл в индукционных электрических печах — за счет тепла, создаваемого в самом металле, и за счет тепла жидкого перегретого металла. При этом жидкий металл хорошо перемешивается не только благодаря конвекции, но и вследствие взаимодействия магнитного поля с наведенным в металле током.
Если плавка ведется с применением флюсов, то на их нагрев и расплавление также расходуется большое количество тепла. Например, для нагрева и расплавления флюса, состоящего из равных частей хлористого калия и хлористого натрия, требуется столько же тепла, сколько нужно для расплавления флюса, состоящего из равных частей хлористого калия и хлористого натрия требуется столько же тепла, сколько нужно для расплавления равного им по массе количества алюминия.
Типичные технологические схемы рециклинга алюминия представлены ниже. На рисунке 5.33 представлены технологические схемы переплавки различных видов лома и отходов, используемые на заводах фирмы «Реметалл». Переработку кусковых отходов (5.33а) проводят в отражательной печи, из которой расплавленный металл поступает в миксер, а затем разливается в установки полунепрерывного литья, предварительно пройдя через фильтр. Переработку мелких фракций лома и отходов (5.336) проводят в роторной и отражательной печах, причем из последней металл, пройдя через фильтровальную установку, попадает на разливку.
На рисунке 5.34 представлена технологическая схема разливки сплава в чушки, применяемая на заводах компании «Реметалл». Металл, пройдя через фильтр, поступает на колесный дозатор (он широко используется на
Рис. 5.33
Технологическая схема переплавки кусковых (а) и мелких (б) отходов лома и алюминия
Рис. 5.34
Технологическая схема разливки сплава в чушки, пакетирования, взвешивания и увязки пакетов фирмы «Реметалл»
многих заводах мира), с помощью которого отмеряется определенная доза металла и заливается в изложницу литейного конвейера. Последняя треть конвейера охлаждается водяным туманом, а образующиеся пары отсасываются и выбрасываются в атмосферу. Чушки, выпавшие из изложниц литейного конвейера, попадают на горизонтальный транспортер, проходят установку дополнительного охлаждения чушек и поступают на чушкоукладчик, а затем на устройство для взвешивания, пакетирования и увязки пакетов.
Выбор технологической схемы в значительной мере зависит от тех видов сырья, которые перерабатываются на данном заводе.
На отечественных предприятиях выпускаются сплавы разных вторичных цветных металлов (алюминий, медь, цинк и т. д.). С целью сокращения капитальных и эксп-
Рис. 5.35
Упрощенная технологическая схема производства вторичного алюминия
луатационных затрат ряд переделов на указанных заводах используется для переработки всех видов сырья (сортировка, взвешивание, пиротехнический и радиационный контроль и т. д.). Но, несмотря на это, технологические схемы на таких заводах достаточно сложны, поскольку используемое оборудование зависит от вида металла. Отсюда понятно, что в каждом конкретном случае технологическая схема завода создается с учетом конкретных условий и, как правило, эти схемы постоянно меняются под влиянием рынка.
В качестве примера на рисунке 5.35 приведена упрощенная схема завода, рекомендуемая американской фирмой CM II, Inc. Данная схема предусматривает переработку литейного шлака, стружки и крупного скрапа и рассчитана на производство до 60 тыс. т вторичного алюминия в год.