Автор: А.И. Шевелев
Источник: международный научно-технический журнал Металлургическая и горнорудная промышленность
№8 2004 г.– с. 225-228.
Рассмотрены вопросы брикетирования порошковых отходов предприятий по переработке вторичных алюминиевых сплавов методом горячего динамического прессования. Показано, что динамическое горячее прессование позволяет получать качественные брикеты с пористостью не превышающей 5 %, удовлетворительной прочности. Описанная технологическая схема компактирования позволяет реализовать технологию производства брикетов из порошковых отходов вторичных алюминиевых сплавов на заводах по переработке вторичных цветных металлов.
На предприятиях по переработке вторичных цветных металлов образуется большое количество порошковых отходов производства вторичных алюминиевых сплавов. Они представляют собой отсевы шлаков барабанного грохота, отсевы алюминиевой стружки на линии магнитной сепарации, оксиды Аl, Мg, Сu, Рb, Sr и др. В состав таких отходов входит до 30 % металлического алюминиевого сплава в виде мелкой стружки, до 30 % металлического Fе также в виде стружки, оксиды различных металлов, а остальное - земельный засор.
Эти отходы могут быть использованы при выплавке чугуна и стали в качестве утепляющих смесей и раскислителей. Основной причиной, препятствующей использованию не брикетированных порошковых отходов в металлургии, является развитая поверхность, приводящая к моментальному сгоранию порошка при соприкосновении его с поверхностью расплавленного металла. Поэтому разработка и реализация технологии установок для брикетирования, обеспечивающих достаточную производительность и требуемое качество брикетов из порошковых отходов, являются весьма актуальными.
В работе [1] были разработаны технологические параметры процесса брикетирования порошковых отходов путем создания композиции из двух разных составов, один из которых служил связующим звеном в композиции. Прессование проводили в пресс-форме, смонтированной на базе гидравлического пресса со скоростью рабочего хода 2 мм/с. Разработанный процесс позволяет получать удовлетворительное качество брикетов, однако производительность процесса невелика и не удовлетворяет требованиям экономики.
Эффективность любого технологического процесса определяется, с одной стороны, его экономичностью, а с другой – возможностью достижения при его применении поставленных целей. Именно возможностью компактирования изделий из порошковых тугоплавких материалов, изделий с особо высокими плотностью, твердостью и прочностью обусловлено развитие горячего прессования различных порошковых материалов. Метод динамического горячего прессования является разновидностью процесса горячего прессования. Сходство этих процессов заключается в совмещении операций прессования и спекания, различие — в характере используемой нагрузки, и ее величине и времени действия. Благодаря этим особенностям перед методом горячего динамического прессования наряду с возможностью получения практически беспористых материалов открывается ряд новых перспектив. Кратковременность процесса создает условие для его проведения в относительно холодной пресс-форме: при динамическом горячем прессовании время процесса компактирования измеряется от секунд до долей секунды. Кратковременность действия больших нагрузок и отсутствие разупрочнения материала пресс-формы обусловливают ее высокую износостойкость. Использование относительно холодной пресс-формы дает возможность на последней стадии динамического уплотнения создавать в материале значительно большие напряжения, чем при статическом горячем прессовании. Лучшее, чем при применении прессов, использование мощности оборудования позволяет проводить обработку материала на молотах относительно небольшой мощности [2]. Кроме того, размеры и форма частиц исходного материала при динамическом горячем прессовании практически не влияет на процесс уплотнения и свойства получаемых изделий. Это позволяет использовать для динамического горячего прессования более разнообразные исходные материалы, что весьма существенно при компактировании порошковых отходов производства вторичных алюминиевых сплавов, содержащих отсевы алюминиевой стружки, оксиды различных металлов, а также частицы металлического Fе в виде стружки.
Эксперименты по компактированию порошковых отходов проведены в два этапа. На первом этапе компактировали порошковые отходы при комнатной температуре; на втором – отпрессованные брикеты после компактирования при комнатной температуре нагревали в печи до температуры Т=680 – 700 °С и проводили дополнительную подпрессовку.
Процесс как холодного, так и горячего динамического прессования проводили в стальной пресс-форме под молотом модели МВ412, имеющего следующие характеристики: масса падающих частей 150 кг; число ударов бойка 190 уд/мин. В экспериментах диаметр пресс-формы составлял 60 мм, высота — 180мм. В качестве прессуемого материала использовали смеси:
Весовое соотношение между смесями 2:1 без древесных опилок.
В пресс-форму засыпали прессуемую смесь до верхней кромки и, проводя 4 — 5 ударов бойком молота, уплотняли смесь, после чего, с переводом молота на режим «прижим поковки» с помощью бойка выдавливали холодный брикет из пресс-формы. Отпрессованный таким образом брикет помешали в печь и нагре¬вали до температуры 680 — 700 °С, после чего горячий брикет устанавливали в пресс-форму, внутренний диаметр которой на 0,5-0,6 мм больше размера диаметра пресс-формы для холодного прессования, а высота ее составляет 90 мм. Пресс-форму с разогретым брикетом устанавливали под боек молота, которым наноси¬ли 3 — 4 удара по брикету, уплотняя его. Таким образом, засыпая пресс-форму под холодное прессование на высоту 180 мм, получали высоту брикета после холодного брикетирования 88-90 мм. После горячего динамического прессования высота брикета не превышала 65мм. Степень дополнительной деформации составила порядка 33 %, а пористость не превышает 5 %. После динамического горячего прессования брикеты подвергали испытаниям на прочность путем сбрасывания их на бетонную плиту. При этом брикеты практически не дали осыпи. Прочность брикетов, полученных горячим динамическим прессованием, обусловлена наличием в смеси до 30 % алюминия в виде мелкой стружки, которая при нагреве подплавляется, а в процессе ударных нагрузок связывает весь объем смеси. Кроме того, часть подплавленного алюминия выдавливается на поверхность прессовки, образуя при охлаждении прочный каркас.
Для обеспечения высокой производительности процесса брикетирования сыпучих отходов алюминиевого производства необходимо создание технологического процесса, который бы обеспечивал совмещение нагрева материала и его брикетирование. В литературе приведено достаточно различных схем для брикетирования стружки черных и цветных металлов [2-4]. Для создания технологического процесса брикетирования порошковых отходов предприятий по переработке вторичных алюминиевых сплавов была принята за основу схема двухстадийного процесса брикетирования стружки легких металлов [2].
Рисунок 1 – Схема двухстадийного процесса брикетирования порошковых отходов.
Двухстадийная схема прессования обусловлена интенсивным окислением сыпучих отходов в процессе нагрева в печах без защитной атмосферы, поэтому применяют сначала брикетирование холодной смеси, после чего проводят уплотнение холодных брикетов. Особенностью разработанного процесса является совмещение операций холодного и горячего брикетирования на одном молоте модели МВ412.
На рисунке 1 показана схема технологического процесса получения компактных брикетов из порошковых отходов алюминиевого производства. Из бадьи 1 в бункер 2 засыпают подъемным краном 3 различные сыпучие смеси в соотношениях, указанных выше, и тщательно перемешивают при помощи шнекового смесителя 4, установленного в бункере и приводимого во вращение электродвигателем 5. При вращении шнека в одном направлении смесь перемешивается, при смене направления вращения шнека подается в стакан 6 блока пресс-форм. После заполнения стакана блок пресс-форм штоком пневмоцилиндра 7 переме¬щается к молоту 8, осуществляющему холодное брикетирование. Боек 9 молота наносит 4-5 ударов по смеси, находящейся в стакане и уплотняет ее. С последним ударом молота из-под стакана при помощи пневмоцилиндра 10 убирается выдвижная наковальня 11, после чего с переводом молота на режим «прижим поковки» боек 9 выдавливает холодный брикет из стакана, и поднимается, а наковальня обратным ходом сталкивает брикет на горизонтальный участок двухскатного рольганга 12 и снова занимает положение под бойком молота.
Брикет толкателем, укрепленным на штоке пневмоцилиндра 13, сталкивается на левый наклонный участок рольганга и, скатываясь с него, падает в приемный лоток элеватора 14. Захват 15, смонтированный на движущейся ленте элеватора, захватывает из приемного лотка очередной брикет 6, перенося через верхний барабан элеватора, сбрасывает его в приемник 16 нагревательной печи 17.
Холодный брикет из приемника 16 перекатывается по наклонному лотку в спиральный лоток 18, в котором постоянно находятся до 40 брикетов. Перемещаясь постепенно по спиральному лотку, они нагреваются элементом 19, расположенным внутри лотка, до 680 - 700 °С. В момент возврата наковальни 11 под боек 9 срабатывает механизм поштучной выдачи, находящийся в печи и очередной нагретый брикет попадает из спирального лотка 18 в выходной лоток 20, а оттуда в левую (низкую) пресс-форму блока.
После передачи нагретого брикета в низкую пресс-форму включается пневмоцилиндр 7, перемещающий блок пресс-форм вправо. Таким образом стакан вновь возвращается на загрузку смесью под бункер 2, а низкая пресс-форма с нагретым брикетом становится под боек молота, который наносит 3-4 удара по брикету и уплотняет его. Пористость уплотненного брикета не превышает 5 %.
В дальнейшем идет повторение операций (уборка наковальни, выбивка брикетов из пресс-форм и сбрасывание их на горизонтальный участок рольганга), с той разницей, что пневмоцилиндр 13 срабатывает вправо и сбрасывает готовую продукцию (горячий брикет) на правый наклонный участок рольганга, по которому она скатывается в лоток 21. Из лотка брикет попадает в короб 22, установленный в приямке 23. Наполненный короб убирается краном 3, а вместо него в приямок устанавливают порожний короб.
Таким образом показано, что динамическое горячее брикетирование сыпучих отходов производства вторичных алюминиевых сплавов позволяет получать качественные брикеты с пористостью, не превышаю¬щей 5 %, удовлетворительной прочности (без осыпа). Кратковременность действия больших нагрузок при динамическом горячем прессовании не приводят к разупрочнению материала пресс-форм и обусловливает их высокую износостойкость. Размеры и формы частиц исходного материала практически не влияют на процесс уплотнения и прочность получаемых брикетов.
Описанная технологическая схема компактирования сыпучих отходов динамическим горячим прессованием позволяет реализовать технологию на заводах по переработке вторичных цветных металлов.