Процесс удаления магния из алюминиевого расплава при флюсовом рафинировании - Дипломная работа

3.8.4 Санитарно-технические требования к помещению 3.8.4.1 Требования к планировке помещенияЭкономика и организация производства 4.1 Технико-экономическое обоснование дипломной работы 4.4 Расчет затрат на заработную плату 4.5 Расчет затрат на материальные ресурсыУвеличению масштабов производства вторичных алюминиевых сплавов способствуют более низкие энергозатраты на переработку сырья, высокая производительность и относительно низкая стоимость оборудования для производства по сравнению с производством первичного алюминия. Из вторичного алюминиевого сырья производят сплавы трех типов: литейные, деформируемые и раскислители. По химическому составу литейные и деформируемые идентичны сплавам, произведенным первичного алюминия. В России переработка вторичного алюминиевого сырья направлена в основном на производство литейных сплавов. Перед плавкой сырье в виде лома сортируют по видам и группам.Магний образует с алюминием ? - твердый раствор (рисунок 1), концентрация которого при повышении температуры увеличивается с 1,4 до 17,4% в результате растворения фазы Mg2Al3. количество фазы Mg2Al3 увеличивается по мере увеличения содержания магния. При этом предел прочности сплавов уменьшается с 11 кгс/мм2 до 30 кгс/мм2 при соответствующем снижении относительного удлинения с 28 до 16% и увеличении склонности к коррозии под напряжением. Алюминиевые сплавы с повышенным содержанием магния (9-11%) обладают склонностью к окислению во время плавки, разливки и кристаллизации, что приводит к появлению окисленных пленок переменного состава в его структуре и снижению механических свойств.Содержание магния можно уменьшить простой выдержкой расплава при высокой температуре и перемешивании, используя высокое сродство к кислороду и более высокую, чем у других компонентов сплава, упругость пара при температурах выдержки.Магний можно удалить продувкой расплава хлором. Реакция взаимодействия магния с хлором экзотермическая, что приводит к перегреву металла.На диаграмме было обнаружено два химических соединения: одно конгруэнтное - криолит NAALF6, второе инконгруэнтное - хиолит 5NAF3•ALF3. Таким образом, при плавлении криолит распадается на фторид натрия и метафторалюминат натрия по реакции: Na3ALF6 = 2NAF NAALF4, (6) а метафторалюминат натрия - на криолит и фторид алюминия: 3NAALF4 = Na3ALF6 2A1F3 (7) Если предположить, что система NAF-NAA1F4 идеальна, тогда изотерма эквивалентных объемов будет прямой, соединяющей эквивалентные объемы NAF и NAA1F4, а точка С дает объем гипотетического криолита, полностью распавшегося на NAF и NAA1F4. Если сделать противоположное предположение, что криолит совершенно не распадается, и считать, что в частных системах NAF-Na3ALF6 и Na3ALF6-NAA1F4 эквивалентные объемы подчиняются правилу аддитивности, то прямолинейной экстраполяцией правой и левой частей фактической кривой на ординату криолита можно получить в точке В объем гипотетического криолита полностью недиссоциированного. Фактический эквивалентный объем криолита отвечает точке А, и степень диссоциации криолита может быть получена из соотношения: (8)Наибольшее распространение получили флюсы на основе хлоридов натрия и калия для рафинирования сплавов с малым содержанием магния и на основе карналлита для рафинирования сплавов с высоким содержанием магния. Чаще всего применяют флюсы на основе хлоридов натрия и калия, эквимолярная смесь которых имеет невысокую температуру плавления (650-665 0С). Как покровной флюс смесь хлоридов натрия и калия (1:1) чаще всего используют без добавки фторидов. Для рафинирования большинства алюминиевых сплавов чаще всего используют флюсы с криолитом, содержание которого варьируется в широких пределах: 22-45% NACL, 35-55% KCL, 5-25 Na3ALF6. хорошие результаты дает замена натриевого криолита на калиевый - K3ALF6. В последнее время в ряде стран запатентованы флюсы с добавками кремнефтористого натрия и калия, рекомендуемые для алюминиевых сплавов.Термодинамические и физико-химические свойства флюсов и их компонентов определяют многие процессы флюсового рафинирования.Диаграммы состояния солевых систем относятся к эвтектическому типу. Влияние калиевого криолита аналогично натриевому, а фтористый магний повышает температуру ликвидуса еще сильнее, чем фтористый кальций.Плотность хлоридных и хлоридно-фторидных флюсов, если в системе не образуется соединений, подчиняется закону аддитивности. Поэтому увеличением концентрации фторидов в расплаве NACL-KCL (1:1) или карналлите плотность флюса повышается пропорционально ей (таблица 4) /7/.Она слабо зависит от температуры и возрастает только с выделением твердой фазы. В расплаве MGCL2-KCL с увеличением температуры от 600 до 700 0С вязкость падает с 2 до 1 МН?с/м2.Летучесть солей определяется упругостью их пара. Упругость пара хлоридов на 1-2 порядка выше, чем упругость пара фторидов (таблица 5). Упругость пара изменяется аддитивно в зависимости от состава.Это свойство флюса в значительной мере характеризует его пригодность для рафинирования алюминиевых сплавов. При наличии влаги в распла

Содержание магний алюминий флюсовый рафинирование

Введение

1. Аналитический обзор литературы

1.1 Влияние магния на алюминий и его сплавы

1.2 Способы рафинирования алюминиевых сплавов от магния

1.2.1 Рафинирование алюминиевых сплавов газообразным хлором

1.2.2 Флюсовое рафинирование алюминиевых сплавов от магния

1.3 Состав флюсов и способы их получения

1.4 Физико-химические свойства флюсов

1.4.1 Температура плавления флюсов

1.4.2 Плотность флюсов

1.4.3 Вязкость флюсов

1.4.4 Летучесть флюсов

1.4.5 Гигроскопичность флюсов

1.4.6 Взаимодействие флюсов с окислами

1.4.7 Поверхностные свойства флюсов

1.5 Вывод

2. Теоретическая часть

2.1 Механизм удаления магния из алюминиевого расплава при флюсовом рафинировании

2.2 Изучение термодинамических данных флюсов и их составляющих

2.3. Изучение физико-химических свойств флюсов и их составляющих

2.3.1 Плавкость

2.2.2 Поверхностное натяжение и смачивание в расплавленных солях

2.4 Вывод

3. Экспериментальная часть

3.1 Методика проведения экспериментов

3.2 Описание установки

3.3 Проведение экспериментов

3.4 Обсуждение результатов

3.5 Технологическая часть

3.5.1 Методика проведения экспериментов

3.5.2 Проведение экспериментов

3.5.3 Вывод

3.5. Оптимальный технологический режим

3.6 Проектная часть

3.6.1 Конструкция и установка печи для плавки флюса

3.6.2 Технология плавки покровно-рафинирующего флюса

3.6.3 Материальный баланс плавки флюса

3.6.4 Тепловой баланс работы печи

3.6.4.1 Потери тепла теплопроводностью через ограждения печи

3.6.4.1.1 Теплоотдача теплопроводностью через боковую стенку печи

3.6.4.1.2 Теплоотдача теплопроводностью через подину печи

3.6.4.1.3 Теплоотдача теплопроводностью через крышку печи

3.6.4.1.4 Общие потери тепла теплопроводностью через ограждения печи

3.6.4.2 Потери тепла излучением при открытой крышке печи

3.6.4.3 Потери тепла на нагрев и расплавление флюса

3.6.4.4 Расчет электропечи сопротивления

3.6.5 Режим работы печи для плавки флюса

3.7 Технология применения покровно-рафинирующего флюса в индукционных и отражательных печах

3.7.1 Применение флюса в отражательных печах

3.7.2 Применение флюса в индукционных печах

3.8 Безопасность жизнедеятельности и охрана окружающей среды

3.8.1 Анализ опасных и вредных факторов

3.8.2 Краткая физико-химическая характеристика, токсичность веществ, используемых в работе

В настоящее время производство алюминиевых сплавов из вторичного сырья в России находится на высоком уровне. Увеличению масштабов производства вторичных алюминиевых сплавов способствуют более низкие энергозатраты на переработку сырья, высокая производительность и относительно низкая стоимость оборудования для производства по сравнению с производством первичного алюминия.

Из вторичного алюминиевого сырья производят сплавы трех типов: литейные, деформируемые и раскислители. По химическому составу литейные и деформируемые идентичны сплавам, произведенным первичного алюминия. Литейные сплавы - это, как правило, силумины, т.е. сплавы алюминия с кремнием и добавками меди, магния, марганца и др. Деформируемые сплавы - это сплавы на основе системы Al-Cu-Mg, иначе дуралюмины. Сплавы-раскислители обычно готовят из низкосортного вторичного алюминиевого сырья или из первичного алюминия, с большим содержанием железа /1/. В России переработка вторичного алюминиевого сырья направлена в основном на производство литейных сплавов.

Для получения алюминиевого сплава высокого качества исходное металлическое сырье перед формированием шихты должно пройти определенную подготовку. Перед плавкой сырье в виде лома сортируют по видам и группам. Крупногабаритный промышленный и бытовой лом разрезают на куски, удобные по размерам для загрузки в печь. Сортировку мелкого лома производят в ручную, руководствуясь в основном внешними признаками. Поступающие на завод отходы в виде стружки предварительно сушат, чтобы удалить влагу и масла, а отходы в виде высечки, проволоки, листа, фольги пакетируют. Литейные сплавы отделяют от деформируемых, производят более подробную сортировку, например, на сплавы высококремнистые и малокремнистые, с высоким содержанием магния или цинка, и т.п.

Однако, как бы тщательно ни велись операции сортировки и шихтоподготовки, значительная часть лома и отходов, загрязненная неметаллическими примесями, все же поступает на плавку. Примеси переходят в состав получаемых сплавов как в виде чистых компонентов, так и в виде оксидов (твердых включений), тем самым, снижая их механические свойства, и растворенных газов, образующих при затвердевании сплавов пористость. Поэтому перед разливом на чушки или на полуфабрикаты производят операции расшихтовки, корректировки и рафинирования жидких сплавов.

Подольский завод цветных металлов (ПЗЦМ) является крупнейшим в России заводом по переработки вторичного алюминиевого сырья. Основная часть производимых сплавов поставляется за границу как напрямую потребителю, так и через Лондонскую биржу металлов (LME), поэтому к качеству продукции предъявляются жесткие требования. При производстве алюминиевых сплавов содержание различных компонентов в сплаве задается составом загружаемого сырья.

Наиболее часто встречающаяся проблема - это повышенное содержание магния и кальция в алюминиевых сплавах. Решение проблемы эффективного удаления магния из алюминиевых сплавов дает возможность значительно расширить сырьевую базу при получении марочных сплавов. Так, например, из самолетного лома сейчас производят только сплавы типа АВ (раскислители). При эффективном же извлечении магния из таких ломов возможно изготовление более дорогих марок алюминиевых сплавов.

В настоящее время для рафинирования алюминиевых сплавов от магния на производстве используется криолит и "Экораф-3".

При использовании криолита содержание магния в алюминиевом сплаве снижается до 0,05%, но при этом его практический расход в 1,5-2,0 раза выше теоретического, возрастает себестоимость рафинирования и соответственно увеличивается цена сплава, что делает не целесообразным такой способ рафинирования.

Использование флюса "Экораф-3", основной составляющей которого является соединение Na2SIF6, тоже имеет ряд недостатков. В процессе рафинирования при разложении кремнефтористого натрия в атмосферу выделяется фторид кремния SIF4, в количестве, превышающем экологические нормы. Стоимость и расход этого рафинирующего флюса достаточно высокие.

В связи с этим, целью моей дипломной работы является разработка нового состава флюса для рафинирования алюминиевых сплавов от магния, обладающего также покровными свойствами, экологически безопасного в применении и имеющего стоимость, не превышающую стоимость "Экораф-3" и криолита.

4. Экономика и организация производства

4.1 Технико-экономическое обоснование дипломной работы

4.2 Сетевой график выполнения НИР

4.3 Смета затрат на исследование

4.4 Расчет затрат на заработную плату

4.5 Расчет затрат на материальные ресурсы

4.6 Расчет затрат на электроэнергию

4.7 Расчет затрат на амортизацию оборудования

4.8 Расчет общих затрат на выполнение исследования

4.9 Ориентировочный расчет технико-экономических показателей процесса получения флюса для рафинирования алюминиевых сплавов от примеси магния

4.9.1 Расчет себестоимости предлагаемой установки

4.9.2 Калькуляция себестоимости получения покровно-рафинирующего флюса

4.9.3 Оценка экономической эффективности