Переплав стружки цветных

и чёрных металлов

На всех машиностроительных заводах при механической обработке отливок из цветных и чёрных сплавов получается огромное количество стружки. Наиболее полное использование отходов является важнейшей задачей, которая имеет немаловажную роль в условиях рыночной экономики и конкуренции. Рациональное использование стружки непосредственно на предприятиях, где она образуется, является одним из важнейших источников экономии металла.

Например, переплав алюминиевой стружки позволяет при грамотной технологии экономить значительное количество первичных дорогостоящих шихтовых материалов. Алюминиевая стружка – легковесный материал с весьма развитой поверхностью. Переплав такой шихты связан с опасностью чрезмерного загрязнения расплава неметаллическими примесями и газами. Кроме того, возможна проблема насыщения расплава железом, которое является вредной примесью. Поэтому, учитывая необходимость решения этих задач, предложены и апробированы различные технологии переплава стружки, например технология поэтапной обработки жидкого расплава металла при переплаве стружки, которая заключается в следующем:

1 этап – предварительная подготовка шихты;

2 этап – рафинирование сплава под действием постоянного тока в дуговой печи постоянного тока;

3 этап – комбинированный метод разливки сплава на чушки, включающий фильтрацию, а также дегазацию методами «вымораживания» и вибрации.

Первый этап предусматривает следующие операции: удаление мусора, очистку от влаги смазывающей и охлаждающей жидкости (СОЖ), магнитную сепарацию.

Второй этап начинается с момента загрузки стружки в печь постоянного тока и включает в себя плавку, рафинирование и слив металла. Дуга постоянного тока активно перемешивает расплав, тем самым способствует дегазации и удалению неметаллических включений из него. Кроме того, наблюдается эффект качественного воздействия постоянного тока на расплав, требующий дополнительного изучения. Расплавление шихты, как правило, требует незначительных присадок флюсов, что снижает выделение фосфорного ангидрида и фтористого водорода. Алюминиевые сплавы, полученные в дуговых печах, характеризуются стабильным качеством и высоким уровнем свойств.

Третий этап включает в себя фильтрацию, вибрацию и «вымораживание». Готовый расплав заливают через керамический фильтр в изложницу медного водоохлаждаемого кристаллизатора, на который прикреплён вибратор. Водоохлаждаемый медный кристаллизатор используется для дегазации расплава методом «вымораживания», который основан на уменьшении растворимости газов при понижении температуры. Получаемые слитки обладают высокими пластическими и прочностными характеристиками, не уступающими исходному сплаву.

Технологии переплава стружки в настоящее время посвящено множество публикаций. Профессором И. В. Гаврилиным разработана технология переплава стружки алюминиевых сплавов в любых печах литейных цехов. Как сказано выше, сложность переплава стружки и легковесного лома алюминиевых сплавов состоит в том, что эти продукты имеют большую активную поверхность, покрытую окислами. При расплавлении окислы соединяются в плёну, плавающую в основной массе металла. Эта плёна влияет на однородность металла и его механические свойства. Поэтому плавку ведут под слоем специального флюса, связывающего и выводящего окислы на поверхность расплава.

Для уменьшения расхода флюса при переплаве необходимо использовать алюминиевую шихту, мало загрязнённую песком и глиной. Чтобы избежать взрывов и выбросов металла из печи, а также повышения содержания водорода в металле отходы перед плавкой следует просушить. Для удобства ведения плавки легковесные отходы компактируют прессованием. Размеры прессовки должны позволять ей свободно, с гарантированным зазором, входить в тигель печи. Массу плавки желательно иметь кратной массе прессовки.

Плавку ведут в индукционной тигельной печи. Сначала в пустой тигель загружают флюс и нагревают его до полного расплавления с образованием легкоподвижной жидкости. Количество добавляемого флюса должно быть таково, чтобы слой расплава имел толщину примерно 1 см. Затем в тигель вводят первую порцию шихты и добиваются её полного расплавления. После полного расплавления очередной порции шихты металл перемешивают и присаживают следующую порцию шихты. Плавку ведут при 700 – 750 °С. По ходу плавки флюс загрязняется примесями и теряет активность. Свежий флюс легкоподвижен и полностью покрывает металл. Расход флюса зависит от условий плавки и составляет 2 – 10 % от массы шихты.

Плавка стружки и легковесного лома медьсодержащих материалов (бронзы, латуни) проводится аналогично в индукционной печи с тиглем. Защитную функцию от окисления металла при плавке обеспечивает специальная конструкция тигля и его материал. Плавку ведут при максимальной мощности генератора тока высокой частоты. После плавки металл обязательно раскисляют.

Все способы использования стружки в ваграночной шихте можно разделить на две основные группы. К первой группе относятся многообразные способы пакетирования и брикетирования стружки. Эти способы, основаны на использовании различных связующих элементов с приложением громадных прессующих давлений без применения связующих веществ. К ним относятся:

– пакетирование (затаривание) стружки;

– сплавление стружки с жидким металлом;

– брикетирование;

– брикетирование стружки на механических и гидропрессах;

– электробрикетирование стружки.

Ко второй группе относятся способы ввода и плавки стружки в вагранке навалом и россыпью с помощью шнека.

Брикетирование чугунной стружки на прессах под большим давлением получило наибольшее распространение в промышленности, особенно в литейных цехах автотракторного производства. Основным преимуществом этого способа, является легкость механизации и автоматизации прессования и простота изготовления из стружки прочных и плотных брикетов без каких-либо связующих материалов. Чем плотнее будет спрессована стружка, тем больше будет механическая прочность брикетов, обеспечивающая их неразрушимость в процессе транспортировки и загрузки печей, и тем меньше будет её угар в процессе переплавки. Выталкивание готового брикета из пресс-формы, сдвигание его от шахты и сбрасывание со стола производятся механически. Готовый брикет имеет круглую цилиндрическую форму с незначительным конусом и свободно выходит из гнезда гильзы при выталкивании. Размеры брикета: диаметр 98 – 96 мм, высота 40 мм (рис. 5.1).

Метод электробрикетования стружки состоит в том, что стружку подвергают электронагреву от проходящего через неё тока низкого напряжения и большой частоты. Затем стружку прессуют при относительно невысоком давлении. Полученные брикеты из стружки любых чёрных и цветных металлов имеют объёмный вес, составляющий 80 – 90 % удельного веса монолитного металла. Вследствие относительно высокого расхода электроэнергии (до 30 % от расхода при плавке), электробрикетирование экономически целесообразно применять для цветной стружки и стружки легированной стали. Для брикетирования чугунной стружки применение этого метода экономически не оправдывается.

Рис. 5.1. Брикеты из чугунной стружки

Способ брикетирования чугунной стружки для мелких и средних заводов является нерентабельным, так как установка мощных дорогостоящих брикет-прессов не оправдывает себя ввиду их малой загрузки из-за незначительного количества стружки. Поэтому наиболее рациональным методом внутризаводского использования стружки для мелких и средних машиностроительных заводов считают безбрикетное применение стружки в ваграночной шихте.

Способы безбрикетного использования стружки:

– ввод стружки навалом в обычной и восстановительной среде;

– ввод стружки под пневматическим давлением с помощью специальных питающих устройств;

– ввод стружки с помощью шнековых механизмов.

Проведенные опыты применения в ваграночной шихте стружки навалом показали, что часть её в виде мелочи уносится встречными газами. Та часть стружки, которая доходит до зоны плавильного пояса, имеет окисленную поверхность из-за большой площади соприкосновения с нагретыми газами. Угар кремния и марганца в стружке составляет 40 – 50 %, углерода 15 –

– 20 %, а сера пригорает на 10 – 12 % больше, чем при обычной плавке. Вследствие окисления чугун имеет тенденцию к образованию отбела и газовых раковин в отливках. Потери стружки при таком методе их использования составляют 30 – 50 %. Кроме того, уплотняя металлическую шихту, стружка затрудняет газопроницаемость, вследствие чего нарушается нормальный процесс плавки – снижаются производительность и температура выпуска металла. В связи с этим применение стружки навалом в обычной среде вагранки не вышло из стадии опытов.

На рис. 5.2 показан общий вид вагранки с питающим устройством, применяемом в немецкой практике. Питающее устройство состоит из пневматического цилиндра и штанги, которая может делать до 30 ходов в минуту и подавать в вагранку 1,2 т стружки в час (от 15 до 25 % к весу завалки). Стружка вводится в вагранку несколько выше зон плавильного пояса. При использовании стружки сечением до 1,5 мм² угар составляет 10 %, а при сечении стружки более 1,5 мм² угар находится в пределах 5 %. Питающее устройство работает от сжатого воздуха давлением 3 – – 5 атм.

В России используется метод плавки чугунной стружки без брикетирования путем ввода её непосредственно в плавильный пояс вагранки. Сущность метода заключается в следующем (рис. 5.3). Чугунная стружка засыпается в приёмную воронку 1, расположенную на шихтовой площадке, и, пройдя через металлическую сетку 2 с ячейками 12 12 мм, предохраняющую систему от попадания инородных тел, по вертикальной трубе диаметром 100 мм подаётся к транспортирующему шнеку 3. Шнек приводится в движение от электродвигателя 4 мощностью 4,5 кВт через редуктор с передаточным числом 1: 30 и цепную передачу. Стружка подаётся в раструб 5, пробитый в футеровке вагранки на высоте 774 мм от основного ряда фурм и представляющую собой усечённую пирамиду с основанием у выхода в вагранку размером 160 160 мм.

Рис. 5.2. Вагранка, оборудованная пневматическим устройством

для подачи чугунной стружки:

1 – загрузочная воронка; 2 – питающее устройство для подачи

стружки; 3 – место поступления стружки в вагранку

В раструбе слой стружки, находящейся в непосредственной близости от выхода в шахту вагранки, под действием теплоизлучения раскаленного кокса частично спекается и постепенно выжимается шнеком внутрь вагранки, где смешивается с основной шихтой и плавится. Так снижается до минимума окисление стружки, что почти не оказывает влияния на общий угар металла. Опыт работы вагранок со шнековым вводом стружки показал, что применение стружки в количестве 6 – 8 % к металлозавалке не ухудшает режим работы вагранок, не снижает их производительность и не отражается на качестве металла.

Рис. 5.3. Схема установки двух шнековых механизмов для подачи чугунной стружки в вагранку

Проведенные многочисленные работы на чугунолитейных предприятиях России показали, что в состав ваграночной шихты можно ввести 10 – 15 % чугунной стружки. При этом ход плавки, температура металла, состав и консистенция шлаков оказались вполне нормальными и ничем не отличались от обычных плавок без добавок брикетов. Выплавленный чугун с применением брикетов имеет тенденцию к повышению механических свойств вследствие некоторого угара углерода, повышенного угара кремния и марганца и получения лучшей структуры графита.

Жидкотекучесть и усадка чугуна практически не изменяется, брак отливок не увеличивается. Ввод брикетированной стружки в шихту в некоторой степени заменяет стальные отходы, в зависимости от местных условий может также заменять чугунный лом и чушковые чугуны. В табл. 5.1 приведены составы ваграночной шихты с чугунными брикетами. Составы используются на Горьковском автомобильном заводе (ГАЗ) в Нижнем Новгороде и Челябинском тракторном заводе (ЧТЗ).

Таблица 5.1

Состав ваграночной шихты

Название ваграночной шихты	Состав шихты, %
ГАЗ	ЧТЗ
Для чугуна марок СЧ 18-36 и СЧ 15-32	Для чугуна марки СЧ 21-40	Для чугуна марки СЧ 18-36	Для чугуна марки СЧ 21-40
Литейный чугун: ЛК-0 ЛК-1 ЛК-2	–	–	– –	–
Передельный чугун М-1		–
Собственный возврат
Стальной лом
Брикетирован­ная чугунная стружка
Зеркальный чугун	–	–	–
Лом ферросилиций 10 – 15 %	–
Сборный чугун		–	–	–
Отходы ковкого чугуна	–		–	–

Расчёт шихты ведётся обычным способом, но угар для брикетированной стружки берётся для углерода 15 %, для марганца 30 %, а для кремния 25 %. Для проверки состояния брикетов в процессе работы несколько раз не проплавлялись 3 – 4 колоши и проводилась выбивка вагранки. При осмотре брикетов оказалось, что состояние их вполне удовлетворительное, верхняя часть брикетов имеет вид крепкой спекшейся поверхности.

Многолетний опыт работы чугунолитейных цехов многих заводов показал, что применение стружки в ваграночной шихте даёт большой экономический эффект. Эти примеры показывают, что необходимо использовать всю образующуюся на заводах стружку путём её применения в ваграночной шихте. На крупных машиностроительных предприятиях, где накапливается большое количество стружки, переплав её в вагранке следует производить только в виде брикетов, изготовленных на мощных механических и гидравлических прессах. На мелких предприятиях наиболее рациональным методом внутризаводского использования чугунной стружки является способ введения её в ваграночной шихте с помощью шнека. Применение стружки в ваграночной шихте с помощью брикетов в количестве 10 – 15 % к металлозавалке или ввод её в количестве 6 – 10 % при помощи шнековой подачи не ухудшает режима плавки вагранки и не снижает качества чугунных отливок, а их механические свойства во многих случаях возрастают.

Дата добавления: 2015-08-13