Окружающей среды и природопользования

Плавление и металлообработка алюминия

жүктеу/скачать 9.9 Mb.

бет	12/46
Дата	18.07.2016
өлшемі	9.9 Mb.
	#206774

1 ... 8 9 10 11 12 13 14 15 ... 46

7.3 Плавление и металлообработка алюминия

7.3.1 Обзор плавильных печей для алюминия

В Таблице 7.18 указываются типичные свойства печей, данные по потреблению и выбросам у различных типов печей для плавления алюминия. По причине широкого диапазона мощностей и настроек, в литературе не всегда удается найти непротиворечивые данные по потреблению. Уровни расходов зависят от мощности печи и условий эксплуатации, таких как температура металла и плотность загрузки.

Использование чистого изначального материала и нагрева за счет электричества или сжигания газа приводит к сравнительно небольшим уровням выбросов от плавления. Так как качественному составу отходящих газов особое внимание не уделяется, то информация по химическому составу топочного газа ограничена.

При операциях плавления алюминия потери металла происходят только за счет образования алюминиевого скрапа. Такой тип потерь обычно называется потерями на выгорание и представляет собой окисление расплавленного металла. Оно зависит от количества покрывающего шлака и от того, происходит ли сгорание. Происходит окисление из-за просачивания воздуха в печь или из-за плохой работы горелки. [49]

В последующих разделах будут рассмотрены и детально разобраны данные по каждому конкретному типу печей.

Таблица 7.18 - Типичные свойства печей и данные по выбросам для плавления алюминия [49] и комментарии от CTIF и VDG

	Единицы	Роторная печь	Подовая печь	Шахтная печь	Тигельная печь
Подтип			Однокамерная		Топливный нагрев	Резистивный нагрев	Индукция
Источники энергии		Топливо (жидк., газ)	Топливо (жидк., газ)	Топливо (жидк., газ)	Топливо (жидк., газ)	Электричество	Электричество
Термический кпд¹	%	15 – 40	<30 – 57	35 – 60	15 – 40	65	65 – 70
Основной термический кпд²	%	15 – 40	<30 – 57	35 – 60	15 – 40	22	22 – 25
Особые требования к энергии³	кВт/т Al⁴	600 – 1250	975 – 1150	580 – 900 610 – 720	900 – 1200 610 – 680	750 470 – 590	475 – 640 440 – 470
Периодическая / методическая		Периодическая	Периодическая	методическая	Периодическая	Периодическая	Периодическая
Плавильная мощность	т	3 – 10	0,5 – 30	0,5 – 4 (-15)	0,1 – 1,2	0,1 – 0,4	0,2 – 25
Объем хранения	т	не относится	не относится	1,5 – 10	0,1 – 1,5	0,1 – 1,5	0,15 – 6
Время плавления		2 – 4	3 – 4	0,5 – 1	0,5 – 1	4 – 5	0,2 – 0,5
Возможность рафинирования		Низкая	Низкая	Низкая	Хорошая	Очень хорошая	Низкая
Потери на выгорание	%	нет данных	нет данных	1 – 3	1 – 2	1 – 2	1 – 2
Образование пыли	кг/т Al⁴	нет данных	<1	<1	<1	Слабое	Слабое
NO_x⁵	кг/т Al⁴	нет данных	<1 – 6	<1 – 6	<1 – 6	не относится	не касается
Капиталовложения⁶	EUR ‘000	нет данных	нет данных	190 – 370	20 – 50	12 – 100	190 – 500
Эксплуатационные расходы	EUR ‘000	нет данных	нет данных	20 – 100	3 – 20	15 – 45	35 – 150
Технологии уменьшения загрязнений		пылеуловительная камера с рукавными фильтрами для больших установок			Обычно не требуется из-за небольшого размера печи	Не требуется	Не требуется
¹ Определение: соотношение между нагревом флоат-ванны и подаваемым теплом от топлива; указанные значения лишь показывают порядок величины, но во многом зависят от условий эксплуатации, таких как температура металла ² Предполагается, что эффективность выработки электроэнергии (на топливе) составляет 35% ³ Зависит от мер по использованию вторичного тепла; касается только плавления; курсивом обозначены данные, взятые из [49] ⁴ Единицы «на тонну Al» относятся к тонне расплавленного алюминиевого сплава ⁵ Зависит от конструкции горелки и эксплуатационных характеристик ⁶ Зависит от мер по использованию вторичного тепла; касается только плавления Источники информации: внутреннее исследование VDG; Aluminium Taschenbuch, Band 2, 17. Auflage, Aluminium Verlag GmbH, Düsseldorf, 1996; Вторичная переработка алюминия, Aluminium Verlag GmbH, Düsseldorf, 2000; [49]; комментарии CTIF

7.3.2 Шахтная печь

На входе

алюминиевые болванки, возвращаемые отходы литейного производства

энергия

продукты раскисления и удаления газов

На выходе

расплавленный алюминий

пыль

NO_x, CO

использованная футеровка

На основании указанных ниже предположений, были предложены коэффициенты эмиссии для выбросов на тонну качественного литья:

- средний выход расплавленного металла 70% (литье/расплавленный металл)

- средний объем литейного скрапа 5% (скрап от доводки/литья);

-общий выход металла = 66,5 % (качественное литье/расплавленный металл);

В Таблице 7.19 указываются данные по потреблению и выбросам на тонну качественного литья для шахтной печи мощностью 3 т/час. В ней также приводятся уровни выброса неочищенного отходящего газа.

Таблица 7.19 - Потребляемые ресурсы и отработанные материалы для плавления алюминия в шахтной печи [50]

Потребляемые ресурсы	Количество на тонну	Количество на Нм³
Алюминиевые болванки	1503 кг/т
Природный газ	717 кВтчас/т
Электрическая энергия	172 кВтчас/т
Общее потребление энергии	889 кВтчас/т
Отработанные материалы
Шлак (с 35 – 40 % Al)	40,3 кг/т
Отработанная футеровка	0,3 кг/т
Выбросы (без очистки отходящего газа)
Частицы	0,12 кг/т	112 мг/Нм³
NO_x	0,18 кг/т	113 мг/Нм³
Летучие органические вещества	0,12 кг/т
SO₂	0,04 кг/т
СО		150 мг/Нм³
Pb + Cr + Cu		0,98 мг/Нм³
Cd + Hg		0,01 мг/Нм³
As + Ni		0,03 мг/Нм³
Данные являются расчетными значениями на тонну качественного литья

В Таблице 7.20 приводятся уровни потребления шахтной печи мощностью 2 тонны при плавлении алюминия.

Таблица 7.20- Результаты 6-дневной пробной плавки в шахтной печи мощностью 2 тонны для Al [18]

	Общее измеренное потребление	Удельное потребление на тонну загруженного металла
Садки металла	115332 кг (54% болванки, 46% лом)	1 тонна
Слитый металл	113983 кг	0,988 кг/т
Потери металла	1349 кг	0,012 кг/т – 1,2%
Удаленный скарп	1412 кг	0,012 кг/т – 1,2%
Потребление газа	92786 кВтчас	804 кВтчас/т

7.3.3 Индукционная печь

На входе

алюминиевые болванки, возвращаемые отходы литейного производства

электрическая энергия

охлаждающая жидкость

На выходе

расплавленный алюминий

пыль

использованная футеровка

Плавильная мощность индукционных печей для алюминия, как правило, находится в диапазоне от 500 кг до 2 тонн. Такие печи работают на частоте в 250 – 1000 Гц.

Так например, на одной установке, два опрокидывателя со стальной оболочкой и плавильной мощностью 1,5 тонн запитываются от электричества мощностью 1250 кВт и частотой 250 Гц. У них имеется переключатель, который позволяет включать печи попеременно. С этой системой 1,5 тонны могут быть расплавлены за 40 минут.

Индукционные печи являются энергоэкономичными устройствами для плавления. Потребление энергии при их работе определяется плотностью загрузки и применяемой технологией. Периодическое плавление менее эффективно по сравнению с использованием зеркала расплавленного металла. Наиболее эффективным является 50% зеркала ванны. Потребление энергии изменяется от 540 кВтчас/т для садки из насыпного лома с высокой плотностью (небольшого размера металлолом и болванки), до 600 кВтчас/т, если расплавляется металлолом с меньшей плотностью (такой как отходы из машины для литья под давлением и болванки). И хотя энергии потребляется немного, расходы на плавку могут быть более высокими, чем у печей со сжиганием газа. Это объясняется тем, что электричество, в общем случае, является более дорогим источником тепла. [4] [49]

Для катушки индукционной печи требуется система охлаждения. Охлаждающая жидкость может циркулировать по замкнутому контуру или в открытой испарительной системе.

7.3.4 Печь со сводовыми радиационными нагревателями (печь сопротивления)

Такие печи с нагревом за счет сопротивления являются кокильными печами, чаще всего применяющимися для алюминиевых сплавов. Выбросы зависят от используемого металла, температуры выдерживания, площади поверхности, «металл вылили» - «металл залили» и особенно от времени выдерживания. Выбросы столь незначительные, что никаких измерений не найдено. [7]

7.3.5 Подовая печь

Подовые (или отражательные) печи бывают разных размеров и форм. Большие подовые печи позволяют производить быстрое плавление и могут вмещать объемные шихтовые материалы, но прямой контакт между пламенем и шихтовым материалом может приводить к большим потерям металла, поглощению металлом газа и значительному загрязнению оксидами. К тому же контроль температуры может оказаться затруднительным. Этот тип печей используется мало по причине его сравнительно низкого термического кпд (приблизительно 1100 кВтчас/т). Также подовые печи используются для плавления сплавов меди (смотрите Раздел 3.7.1). [4]

В Таблице 7.21 указываются данные по выбросам у подовой печи для плавления алюминия, ее мощность составляет 450 кг/час, и она работает без системы очистки топочного газа.

Таблица 7.21 - Данные по выбросам у подовой печи для плавления алюминия, работающей на жидком топливе [51]

Компонент	Уровень выброса (мг/Нм³)	Массовый расход (г/час)	Годовой массовый расход (т/год)
О₂	17,6%
СО₂	2,2%
СО	<4	<24	<0,0438
NO_x	45	270	0,4928
SO₂	13	78	0,1424
пыль	1	6	0,011
общий органический углерод	5	30	0,0548
Al	0,092	0,552	0,001
Поток топочного газа: 6000 нМ³ (сухого); количество рабочего времени: 1825 час/год

7.3.6 Тигельная печь (печь сопротивления и работа основе сгораемого топлива)

На входе

Алюминиевые болванки, возвращаемые отходы литейного производства или жидкий алюминий, если печь используется в качестве выдерживающей

электрическая энергия или топливо

На выходе

расплавленный алюминий

пыль

Тигельные печи имеют косвенный подогрев от горелок, сжигающих топливо, или от электрических резисторов. Что касается печей, работающих на сжигании топлива, то их термический кпд не такой высокий, как у других плавильных печей. Объясняется это трудностями использования тепла от сгорающих продуктов. Они сравнительно недорогие. А так как пламя не вступает в контакт с расплавленным металлом, потери металла оказываются меньше, и качество расплава получается более высоким. Кроме того, легко производить изменения в составе сплава. [4]

Количество твердых частиц для алюминиевых сплавов можно грубо принять равным 0,3 кг на тонну расплавленного металла. [21]

В Таблице 7.22 приводятся данные по потреблению и выбросам на тонну хорошего литья у тигельной печи для плавления алюминия мощностью 3 т/час.

Таблица 7.22- Данные по потреблению и выбросам у тигельной печи для плавления алюминия [50]

Потребляемые ресурсы
Природный газ	538 кВтчас/т
Электричество	414 кВтчас/т
Общий подвод энергии	952 кВтчас/т
Отработанные материалы
Шлак	61 кг/т
Огнеупорная керамика	6,87 кг/т
Выбросы (после рукавных фильтров)
NO_x	0,18 кг/т
SO₂	0,04 кг/т
Летучие органические вещества	0,12 кг/т
Пыль	0,12 кг/т
Все данные являются значениями в пересчете на тонну качественного литья

7.3.7 Обработка расплавленного алюминия

Потребление модифицирующих реактивов, добавок, измельчающих зерно, а также флюсов зависит от типа сплава, но в общем случае составляет порядка 100 г – 1 кг на 50 кг расплавленного металла.

жүктеу/скачать 9.9 Mb.

Достарыңызбен бөлісу:

1 ... 8 9 10 11 12 13 14 15 ... 46