Современные технологии переработки тонкостенного алюминия

Рис 2.4.2. Загрузка застывшего металла через сушильный  под 

Металл удаляется из печи за счет наклона печи вдоль длинной  оси устройства (рис. 2.4.3) или переворотом печи по желобной оси (рис.2.3.4). Данный тип выпуска плавки из печи делает ненужным применение выпускных кранов и конусных затворов. Контрольные приборы для операции наклона установлены на удалении от потока расплавленного металла для безопасности оператора [13].

Рис 2.4.3 Наклон вдоль длинной оси	Рис. 2.4.4: Поворот  вдоль плавильного желоба

Огнеупорная облицовка состоит  из высокоустойчивого кирпича (с  оксидом алюминия с развитой поверхностью) в зоне прямого контакта с металлом и огнеупорного кирпича  в верхней  части печи. Кирпич имеет куполообразную форму для образования собственной  огнеупорной площади при остывании  печи. При нагревании печи, кирпич расширяется  и составляет изолированную систему, препятствующую проникновению расплавленного алюминия. Это, в свою очередь, делает возможным остывание печи без  угрозы повреждения печи, как это  зачастую случается с прямостенными  печами при выключении. Печь отапливается газом, нефтепродуктами, или электронагревательными приборами [20]. 

Наклонная цилиндрическая печь поставляется в исполнении емкостью от 5 МТ до 10 МТ, и производительностью  от 0.5 до 1.5 MT/час. Данные параметры идеальны для работы с различными сплавами, что подразумевает частую смену металлов в печи. Цилиндрический свод и исполнение рефрактора обеспечивают непрерывную плавку без повреждения печи. 

Типичные операции для  данного вида печи включают в  себя плавление для разного вида литья, в частности, для автомобильной  промышленности, предусматривающие  переработку собственного лома, а  также в качестве плавильной печи вторичного цикла для переплавки чушек с различными характеристиками.

   Карусельная печь Scrap Manager™ 

Второй рассматриваемой  нами печью является карусельная  печь Scrap Manager™ . 

Внешними формами данная печь почти напоминает наклонную  цилиндрическую, однако вращается вокруг своей центральной оси. Данная печь впервые появилась на рынке в  конце 1970 и за истекшее время претерпела многочисленные усовершенствования (рис. 2.4.5).  

Рис. 2.4.5: Наклонные  печи карусельного типа Scrap Manager™

Карусельная печь Scrap Manager™ используется для переплавки отбракованных отливок, экструдированного скрапа, скрапа из использованных банок (UBC), а также алюминиевого шлака (дросса). Данный вид лома имеет относительно низкую плотность по отношению к площади поверхности. Поэтому материал должен расплавляться быстро, во избежание выгорания тонкого слоя материала.

  Круговое вращение  печи обеспечивает разогревание  загруженного материала сверху  за счет излучения светящегося  пламени и снизу – за счет  отражаемого тепла. Вращение печи  равномерно оберегает огнеупорный  слой от преждевременного срабатывания, так как не соблюдается фиксированный  уровень металла в  контакте  с расплавленным алюминием [20].

Печь состоит из одноконечного  стального барабана на жесткой подушке, которая, в свою очередь, имеет опорную  роликовую систему, подшипники перекоса и ведущее колесо. За счет своей толщины в 25 мм стальной барабан имеет улучшенные характеристики прочности, что обеспечивает стабильность огнеупорного отражающего слоя, а также исключает неисправности в опорной роликовой системе и нажимных роликов. Благодаря системе гидравлического наклона увеличивается объем загрузки при обратном наклоне на 10 градусов, а также обеспечивается контроль выпуска за счет обратного наклона на 42 градуса. В устройстве  печи применен электрический привод кругового вращения, скорость которого варьируется от 0 до 9 оборотов в минуту, при этом вращение производится по всему радиусу наклона.

Воздухонагреватель и  дверца газохода разработаны таким  образом, чтобы перемещаться в вертикальной плоскости от корпуса печи для обеспечения доступа. Нагревательная система состоит из встроенного устройства двойного розжига по схеме, которая максимизирует эффективность системы сгорания. Печь может отапливаться нефтепродуктами, природным газом, воздухом, теплым воздухом, или за счет системы внутреннего сгорания Oxygas.

Наклонная печь карусельного типа Scrap Manager™ поставляется емкостью от 2 до 12 МТ, производительностью от 0.5 до 4 MT/час. Подходит для расплавки различных сплавов, что подразумевает частую смену металлов в печи и для переработки всевозможных видов лома/скрапа. Печь может работать на чистом и загрязненном ломе с использованием надлежащего оборудования для ограничения загрязнения окружающей среды. 

Печь применяется в  качестве плавильной печи вторичного цикла, а также в качестве первичного агрегата для утилизации собственных  отходов. Также применяется для  утилизации автомобильных свинцово-щелочных батарей.

Ревербационный  плавильный тигель

Ревербационный плавильный тигель служил эталоном в  алюминиевом  производстве практически с самого первого дня. Вариации в исполнении невозможно перечислить, также как  и все виды лома, подвергавшиеся переработке. Некоторые модели данного  устройства являются стационарными  моделями, моделями наклонного типа, передней загрузки, вертикальной загрузки, а  также многокамерными моделями. Каждая из перечисленных моделей имеет  свои сильные и слабые стороны [20].

   Сушильный под  передней загрузки (рис. 2.4.6)  – печь с передней или фронтальной загрузкой представляет собой устройство, оснащенное дверкой по всей ширине печи для обеспечения полного доступа вовнутрь печи. Загрузка производится автопогрузчиком или, что более распространено, при помощи специальной загрузочной машины. Преимуществом данного типа устройства принято считать возможность полной выгрузки печи при непрерывной работе, а также способность работы с максимально высокой производительностью. Слабым местом печи является то, что необходимо произвести несколько операций загрузки для полного ее заполнения по причине внутренней геометрии печи.

Рис. 2.4.6. Плавильная печь передней (фронтальной) загрузки

Данная печь подходит крупным  и средним производителям под  различные спецификации выплавок.

Вертикальная загрузка (рис. 2.4.7) – печь с верхней (вертикальной) загрузкой представляет собой устройство со съемной крышкой для обеспечения полного доступа вовнутрь печи. Загрузка производится с помощью козлового крана и загрузочного ковша. Преимущество данного типа модели составляет  возможность ее полной загрузки за очень короткое время. Печь разработана с учетом ее полной выгрузки после каждого плавильного цикла, с возможностью легкой смены выплавок. Слабой стороной данной печи является потеря ею тепла при демонтаже крышки, что требует особого контроля  последовательности операций по загрузке и плавлению.

Рис. 2.4.7. Плавильная печь вертикальной загрузки

Данная модель хороша для  крупных переработчиков алюминия, под  большие объемы, для переработки  самого разнообразного лома/скрапа.

Многокамерная плавильная печь.

Многокамерная плавильная печь (рис. 2.4.8) представляет собой комплекс из различных камер, разработанных под специальные задачи по физическому изменению перерабатываемого лома. Загрузка камер производится разными способами, включая подачу через приемник, а также загрузку через основной портал. 

Рис. 2.4.8.  Многокамерная  плавильная печь

Печь с подачей через  приемник включает в себя внешний  приемник для подачи загружаемого сырья. Стандартный набор перерабатываемых материалов включает в себя экструзионный  скрап, стружку и обрезки, пакетированный лом, а также материал с невысокими параметрами веса и невысокую относительную плотность. Данный вид сырья требует быстрого погружения ниже уровня тигля во избежание окисления и потерь металла [22].

Дополнительное оборудование, используемое в комплексе с внешним  приемником, включает в себя механические насосы, шланги для всасывания испарений, погружающие системы, разделительные перегородки. Упомянутое оборудование применяется для транспортировки  жидкого металла из  нагревательной камеры вовнутрь приемника и через  приемник, подачи загружаемого материала  на уровень ниже уровня тигля, а также  для сбора и отвода выделяемых сжигаемыми вредными веществами продуктов  сгорания.

Плавильная печь с сушильным  подом оснащена внутренней ступенью для приемки загружаемого материала. Стандартный набор сырья включает в себя: длинный экструдированный лом, чушки, застывший металл («козел»), тавровый профиль, пакетированный лом. Материал укладывается на ступень и  нагревается продуктами сгорания перед  тем, как попасть в плавильный тигель для окончательной переплавки.  

Дополнительное оборудование, применяемое в данного  типа печи, включает в себя: электромагнитные или индукционные насосы для перемешивания  и гомогенизации жидкого металла, а также для сбора и отвода продуктов сгорания и выделяемых газов на горелку для последующей  декомпозиции, или для очистки  на соответствующем очистном оборудовании.  

Многокамерная печь поставляется емкостью от 20 до 120 МТ, производительностью  от 5 до 30 МТ/час. Данный тип печи рекомендован для использования в производстве ограниченного количества выплавок со стандартной рецептурой сплава. Сложность многопрофильного применения состоит в ограниченной  возможности смены рецептуры в данной модели печи. Модель может представлять собой различную комбинацию камер, в зависимости от предполагаемого  сырья и доступной площади для размещения печи.

Основным отличием представленных систем служит то, каким образом предполагается выпускать металл из печи. Способ загрузки, система сгорания, методики утилизации продуктов сгорания, системы рециркуляции металлов практически не отличаются друг от друга для рассматриваемых типов плавильных печей [21].

В наклонной печи применен принцип двух гидравлических цилиндров  для вращения печи над опорными роликами, установленными последовательно с  литьевым желобом. Компания Seco/Warwick предлагает собственную разработку в виде непроливаемого  поворотного желоба  для комплектации печей. Литьевой желоб конструкции представляет собой устройство с огнеупорным (отражающим) покрытием, устойчивым к воздействию проходящего расплавленного алюминия.

Наклонные цилиндры и гидропривод  могут управляться при помощи чувствительных уровневых датчиков (сенсоров), автоматически контролирующих постоянный уровень прохождения  для системы литья или для  контроля в ручном режиме – для  линии переработки застывшего металла. Пропускные клапаны-дозаторы включаются в гидравлическую систему для  автоматического управления уровневыми сенсорами.

Печь автоматически переходит  с наклона в 0 градусов на 33 градуса  со скоростью, необходимой для обеспечения  непрерывного потока, через выпускной  желоб на литейное устройство. Единая система управления обеспечивает слаженную  работу датчиков и гидравлики (рис. 2.4.9).

   

Рис. 2.4.9 Управление автоматическим  наклоном

Преимущество наклонной  печи состоит в том, что она  может выгружаться полностью  и без особых затруднений. Геометрия  плавильного горна и рампы  литьевого желоба создавалась с  учетом полного выпуска из печи без  дополнительных отводных кранов.

Стационарная печь использует напорное давление для выпуска. Избыточный уровень жидкого металла (над  заливным отверстием) создает такое  давление. Отверстие закупорено коническим чугунным затвором с уплотнением  из керамического волокна.

Уровень может контролироваться с помощью приводимого двигателем устройства, интегрированного с уровневым  датчиком на выпускном желобе. На основании  сигнала, подаваемого уровневым  датчиком, механизм выталкивает чугунный затвор из заливного отверстия или  возвращает его на место (рис. 2.4.10). 

Рис. 2.4.10 Высокоточный активатор конусного затвора

Преимущество  стационарной модели состоит в том, что капиталовложения, требуемые для приобретения оборудования и на установку, как правило, ниже, чем для однотипной наклонной модели. 

В заключение, следует заметить, что выбор печей и оборудования для переработчика алюминиевого лома многообразен. Конечное решение, принимаемое на основании предъявляемых  к печному оборудованию требований, в зависимости от  предполагаемого  к переплавке типа лома/скрапа, скажется на общих функциональных особенностях и финальной стоимости проекта [20].

Выводы

1. Сочетание физических, механических и химических свойств алюминия определяет его широкое применение практически во всех областях техники, особенно в виде его сплавов с другими металлами. В электротехнике алюминий успешно заменяет медь, особенно в производстве массивных проводников, например, в воздушных линиях, высоковольтных кабелях, шинах распределительных устройств, трансформаторах (электрическая проводимость алюминия достигает 65,5% электрической проводимости меди, и он более чем в три раза легче меди; при поперечном сечении, обеспечивающем одну и ту же проводимость, масса проводов из алюминия вдвое меньше медных). Сверхчистый алюминий употребляют в производстве электрических конденсаторов и выпрямителей, действие которых основано на способности окисной пленки алюминия пропускать электрический ток только в одном направлении. Сверхчистый алюминий, очищенный зонной плавкой, применяется для синтеза полупроводниковых соединений типа AIII BV, применяемых для производства полупроводниковых приборов. Чистый алюминий используют в производстве разного рода зеркал отражателей. Алюминий высокой чистоты применяют для предохранения металлических поверхностей от действия атмосферной коррозии (плакирование, алюминиевая краска). Обладая относительно низким сечением поглощения нейтронов, алюминий применяется как конструкционный материал в ядерных реакторах.
2. Ключевой вопрос развития отрасли алюминия – создание металлургических предприятий регионального назначения, использующих вторичную сырьевую базу. Обоснованность расширения вторичной металлургии определяется наличием соответствующей ресурсной основы. Исходя, из мирового опыта, на базе вторичного сырья должны решаться не только проблемы отрасли, но и экономики в целом. В стратегическом плане улучшается экологическая ситуация в металлургии, обеспечивается переработка отходов, накопленных в стране, и решаются задачи охраны окружающей среды.
3. Основным ограничением развития цветной металлургии остается дефицит отдельных видов руд (хром, марганцевые руды, бокситы, олово, титан, свинец, вольфрам и др.), российская экономика испытывает недостаток, который покрывается импортными поставками. По этим металлам запасы либо ограничены, либо освоение значительной части месторождений в настоящее время малорентабельно. Поэтому ключевой тенденцией 2010-2025 гг. для цветной металлургии станет процесс превращения России в крупного импортера сырья.
4. Кроме того, наблюдается высокий износ основного оборудования , особенно в прокатном производстве, что ограничивает выпуск современной, конкурентоспособной продукции с высокой добавленной стоимостью.