Снижение угара при плавке металлов

Угар – это потери металла в процессе выплавки вследствие окисления компонентов сплава (химический угар) и загрязнённости шихтовых материалов (физический угар). Величина угара зависит от химического состава сплава, качества и степени загрязнённости шихтовых материалов, типа плавильных агрегатов, режима плавки и температуры выплавки сплава. Однако до настоящего времени нет единых норм угара по отдельным элементам сплава, поэтому необходимо определить химический и физический угар в условиях литейного цеха (по балансовым плавкам) и расчётным путём (по химическим реакциям, протекающим при выплавке металлов и сплавов).

Коэффициент выхода годного (КВГ), %, определяется отношением массы годной отливки М_о к массе металлозавалки М_ш:

, (5.1)

или

, (5.2)

где М_об – масса собственных возвратных отходов, образующихся в процессе изготовления отливок (брак, литники, прибыли, скрап и т.д.), кг;

М_без – масса собственных безвозвратных отходов, кг.

КВГ определяет эффективность использования металлошихты в литейном производстве, зависит от нормы безвозвратных потерь и угара Н_у, устанавливаемой в процентах от массы металлозавалки (), и расходов сплава на массу литниково-питающей системы.

Нормы расхода шихтовых материалов и КВГ отражают не только достигнутый уровень развития техники и технологии, но и должны быть прогрессивными, направленными на сокращение потерь металлошихты.

Показатели использования металлошихты зависят от принятой технологии, оснащённости производства и его организации, а также от свойств металлошихты: химического состава, температуры плавления, удельной поверхности.

Угар металлошихты при плавке зависит также от условий её хранения. Хранение, к примеру, алюминиевых литейных сплавов в чушках осуществляется в крытых помещениях, поскольку от условий хранения зависит степень окисления, загрязнения, увлажнения поверхности сплавов в чушках. Качество поверхности определяет газонасыщенность и загрязнение оксидными и другими включениями расплавов, что, в свою очередь, снижает качество отливок. Алюминиевые литейные сплавы во влажной атмосфере сильно коррозируют, особенно сплавы с повышенным содержанием цинка и меди. Безмедистые силумины более устойчивы к таким воздействиям.

Для снижения норм безвозвратных потерь и угара необходим комплекс технических, технологических и организационных мероприятий, способствующих рациональному использованию цветных сплавов в литейном производстве, таких как создание технологичных сплавов и конструкций, разработка и использование мало- и безотходных технологий, создание высокоэффективного оборудования.

Работы, связанные с повышением КВГ, успешно ведутся как за рубежом, так и в России, странах СНГ. Учеными физико-технологического института металлов и сплавов Национальной академии наук Украины был создан принципиально новый класс литейных и металлургических установок для плавки, внепечной обработки и электромагнитной дозированной разливки жидких металлов – магнитодинамические установки. Новизна технических решений, заложенных в их конструкцию, подтверждена 20 патентами (США, ФРГ, Японии, Швеции, Франции и др.), а также более чем 100 авторскими свидетельствами бывшего СССР, патентами Украины и России.

По техническим решениям это оборудование превосходит мировой уровень установок аналогичного назначения. Они успешно апробированы в промышленных условиях на таких металлах и сплавах, как свинец, олово, цинк, магний, алюминий, медь, чугун и сталь. Эти установки применимы для любого металла. Единственным ограничением их использования является отсутствие или низкая стойкость материалов для каналов таких устройств.

Функциональные возможности магнитодинамических установок:

– широкодиапазонное управление процессами тепло- и массопереноса в жидкометаллической системе за счёт независимого регулирования индукционного нагрева и электромагнитного перемешивания расплава даёт возможность ускорить в 1,5 – 3 раза процессы нагрева металла, плавления шихты, растворения легирующих добавок;

– бесконтактная малоинерционная передача энергии в жидкий металл с помощью переменных электромагнитных полей, что упрощает управление тепловыми, гидравлическими и массообменными процессами в электротехнологических установках.

Например, технологии приготовления и закрытой электромагнитной дозированной разливки аккумуляторных и типографических сплавов на основе свинца и олова позволяют сократить при плавке в 1,5 – 2 раза угар компонентов сплава, улучшить качество металлопродукции, снизить вредное воздействие на окружающую среду.

Технологии закрытого электромагнитного перелива магниевых сплавов, а также дозирование подачи в кристаллизаторы машин непрерывного литья снижают на 20 – 40 % загрязнённость слитков и отливок оксидными включениями, повышают выход годного литья, улучшают экологическую обстановку.

Технологии легирования, рафинирования, а также электромагнитной дозированной разливки алюминиевых и цинковых сплавов в кокиль и в пресс-формы машин ЛПД позволяют добиваться снижения угара легирующих добавок на 10 – 20 %, уменьшать в 1,5 – 3 раза содержание газов и оксидов, уменьшать на 20 – 50 % расход металла из-за стабильности величины пресс-остатков и снижения массы ЛПС.

Технология внепечной обработки, подогрева, миксирования и электромагнитной разливки чугуна на автоматических конвейерах позволяет снижать на 15 – 20 % удельный расход электроэнергии и на 10 – 25 % безвозвратные потери.

Разработаны также новейшие препараты, дегазирующие и покровно-рафинирующие флюсы и покрытия, применение которых при плавке предотвращает окисление поверхности расплава, осушает шлак и снижает потери металла со шлаком (прил. 3).

На машиностроительных предприятиях образуется большое количество стружки при механической обработке. Такая стружка в результате ресурсосберегающей политики может быть успешно использована в шихте при плавке, например, дорогих бронзовых сплавов и позволяет при этом добиваться прекрасных результатов по снижению угара.

Известно, что для получения отливок, обладающих высокими механическими свойствами, плавку оловянной бронзы необходимо вести при высокой температуре. Это улучшает литейные свойства металла, что значительно снижает многие виды брака. Но высокая температура металла, особенно при использовании в шихте более 59 % стружки и до 30 % литейных возвратов, приводит к повышенному угару бронзы, который возрастает с увеличением температуры металла в расплаве и количества стружки в шихте. В процессе плавки происходит окисление и испарение цинка (до 20 %), в то же время окисление меди, свинца и олова почти незаметно. Поэтому большую часть угара составляет испарение цинка, что объясняется низкой температурой его кипения (907 °С). Для уменьшения угара бронзы нужно защищать зеркало расплава сплошным шлаковым покровом, предохраняющим сплав от окисления и испарения цинка. Обычно это сухой древесный уголь, но он недостаточно защищает металл, так как не создаёт сплошного покрова, особенно при плавке в электропечах ДМБ. Поэтому после апробирования различных составов в лабораторных условиях был подобран покровный флюс, содержащий силикатную глыбу. В результате её применения угар бронзы марки БрОЦСЗ,5–6–5 снизился с 5 до 3,5 %.

Таким образом, проблемы снижения угара при плавке должны решаться в соответствии с использованием опыта других предприятий и зависят от имеющихся возможностей и средств.

Дата добавления: 2015-08-13