×
02.02.2019
219.016.b5fd

СПОСОБ ПОДГОТОВКИ ШИХТОВОЙ ЗАГОТОВКИ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ МЕТОДОМ ЛИТЬЯ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к металлургическому производству, в частности к шихтовой заготовке, которую используют для получения бронзовых заготовок методом литья. В качестве исходной шихты используют отработанный в процессе электролитического получения алюминия инертный анод, имеющий состав, вес.%: медь 45-60, никель 10-25, железо - остальное, который засыпают глиноземом с обеспечением его взаимодействия с вытекающим электролитом во время термообработки, проводимой в интервале температур 950-1200°С и выдержкой в печи по меньшей мере 3 суток. Изобретение позволяет получить шихтовую заготовку с минимальным содержанием в ней электролита. 3 з.п.ф-лы, 4 ил., 3 табл.
Реферат Свернуть Развернуть

Область техники

Изобретение относится к металлургическому производству, в частности, к металлической твердой шихте, которая может быть использована для производства изделий методом литья в песчаные формы, а также центробежного литья при получении бронзовых заготовок.

Предшествующий уровень техники

Известны разные классы инертных анодов, используемых при электролизе: металлические, керамические и керметные. С точки зрения экономической эффективности и технической реализуемости, наиболее предпочтительными являются аноды из металлических сплавов, так как они обладают меньшей стоимостью, высокой электропроводностью, пластичностью и одновременно механической прочностью, легко обрабатываются и свариваются (международная заявка WO 2015/026257). Недостатком данной технологии является то, что при электролизе снижается концентрация железа в отливках, пустоты заполняются электролитом, что затрудняет дальнейшую переработку отливок для последующего их вовлечения в переработку.

Известен способ получения литейных жаропрочных сплавов на никелевой основе (патент РФ №2470081, С22С 1/02, С22В 9/02, опубл. 20.12.2012), включающий подготовку шихтовых материалов, содержащих отходы жаропрочных никелевых сплавов, и их последующий переплав в вакууме. В качестве отходов жаропрочных никелевых сплавов используют возврат литейного производства и стружку, полученную при резке прутков жаропрочных никелевых сплавов, в количестве 3-10% от массы шихтовых материалов. Стружку предварительно промывают в проточной водопроводной воде до остаточного содержания масел на поверхности стружки в количестве 3-5%, обезжиривают в ультразвуковой ванне с водным раствором технического моющего средства, промывают в ультразвуковой ванне с использованием проточной водопроводной воды, а затем осуществляют промывку в непроточной дистиллированной воде. Далее проводят конвекционную сушку в сетчатых вращающихся барабанах и магнитную сепарацию стружки.

Недостатком способа является длительный технологический цикл, большое количество оборудования, большое количество обслуживающего персонала, высокие трудозатраты.

Известен способ получения шихтового материала для металлургического передела (патент РФ №2149190, С21С 5/52, С22В 1/00, опубл. 20.05.2000), который включает: предварительное заполнение мульд разливочной машины наполнителем, последующую заливку его жидким чугуном и воздействие на наполнитель силой, обеспечивающей преодоление Архимедовой силы. В качестве наполнителя используют твердые добавки, обладающие магнитными свойствами. Воздействие на твердые добавки осуществляют сразу после заливки чугуном знакопеременным, переменным или постоянным магнитным полем в течение 1-6 с напряженностью магнитного поля, обеспечивающего силу в пределах 0,01-50 Тл.

Недостатком способа является необходимость обеспечения постоянного или переменного магнитного поля, отсутствия возможности удаления из шихтовой заготовки остатков электролита по всему объему, образование большого количества фторсодержащих паров и науглероживание шихтовой заготовки.

Раскрытие изобретения

Задачей предложенного изобретения является удаление электролита из отработанного инертного анода для повторного использования при изготовлении отливок и слитков.

Техническим результатом является решение поставленной задачи и получение шихтовой заготовки с минимальным содержанием в ней электролита.

Технический результат достигается тем, что способ подготовки шихтовой заготовки для получения изделий методом литья в песчаные формы или методом центробежного литья включает засыпку отработанного в процессе электролиза инертного анода глиноземом с термообработкой в интервале температур 950-1200°С, при контролируемом следующем основном составе получаемой шихты, вес. %:

Медь 45-60%
никель 10-25%
железо остальное.

Способ характеризуется частными примерами реализации. Так, термообработку инертного анода с глиноземом проводят совместно, выдержка в печи по меньшей мере 72 часа или 3 суток. Глинозем дозируют из условия обеспечения полного погружения в него отработанного инертного анода, для этого соотношение объема глинозема должно быть в 3,4 раза больше по отношению к отработанному инертному аноду. Инертный анод засыпают глиноземом и обеспечивают его взаимодействие с вытекающим электролитом во время термообработки.

Осуществление изобретения

В процессе электролитического получения алюминия с использованием инертных анодов происходит снижение содержания железа в них. Пустоты, образовавшиеся при растворении железа в процессе электролиза, заполняются электролитом, который во время плавки попадает в рабочее пространство плавильной печи, разрушая футеровку и загрязняя жидкий металл неметаллическими включениями, а воздушное пространство над печью наполняется большим количеством фторсодержащих паров.

Были исследованы образцы отработанных инертных анодов. Наибольшее количество фторидов регистрируется в центральной пористой части образца, причем содержание фтора варьируется в очень широких пределах (от 5% до 33%), что объясняется наличием менее пористых участков в структуре оксидного слоя анодной решетки после электролитического испытания. Основными компонентами электролита являются фтор, натрий, калий. Результаты представлены в таблице 1.

Для нейтрализации вытапливающегося электролита, отработанный инертный анод засыпается глиноземом, который во время термообработки взаимодействует с вытекающим электролитом. Глинозем после термообработки может быть использован при электролитическом получении алюминия.

Термообработку отработанного инертного анода проводят в интервале температур 950°С-1200°С и выдержкой в печи около 3 суток. Это оптимальные условия для термообработки отработанного инертного анода, полученные экспериментально, при которых достигается технический результат.

Нагрев менее 950°С не позволит перевести электролит в жидкое состояние, которое необходимо для удаления его из отработанного инертного анода, поддерживать температуру более 1200°С нет необходимости, так как к моменту нагрева печи до температуры 1200°С весь электролит удаляется из отработанного инертного анода.

Глинозем дозируют из условия обеспечения полного погружения в него отработанного инертного анода, экспериментально установлено, что для этого соотношение глинозема должно быть в 3,4 раза больше по отношению к отработанному инертному аноду. Такое соотношение обеспечивает равномерную подушку глинозема по всему периметру отработанного инертного анода, которая не позволяет вытапливающемуся электролиту взаимодействовать с емкостью где производится термообработка, тем самым разрушая ее.

При опытно-промышленных испытаниях проводился эксперимент по уменьшению количества глинозема до 1-2 раз больше по отношению к отработанному инертному аноду, в результате которого произошло разрушение емкости, также при термообработке наблюдалось большое выделение газообразных соединений.

Минимально достигнутое время обжига - 72 часа или 3 суток без учета охлаждения до комнатной температуры.

Выдержка в печи менее 3 суток нецелесообразна, так как за это время отливка не прогревается настолько, сколько необходимо для удаления электролита, а более 3 суток приведет к дополнительным затратам электроэнергии.

После проведения опытно-промышленных испытаний, образцы отработанных инертных анодов были переданы в НАЛ ЛЦ ООО «РУСАЛ ИТЦ» для исследования их структуры.

Исследования структуры представленных образцов проводились на оптическом стереомикроскопе OLYMPUS SZX16 (ОМ). Для построения графиков распределение содержания химических элементов по сечению предоставленных образцов отработанных инертных анодов проводился микрорентгеноспектральный анализ на электронном сканирующем микроскопе FEI Quanta FEG 650 (SEM) с энергодисперсионным спектрометром X-MaxN SDD (EDS).

При структурном анализе выявлено, что образцы имеют слоистую структуру. На поверхности образцов наблюдается относительно плотный оксидный слой различной толщины, а основа представляет собой пористые и неоднородные остатки металла. Для построения графиков распределения химических элементов по сечению огарков использовался метод EDS-анализа.

Основной состав получаемой шихты, вес. %: медь 45-60, никель 10-25, железо - остальное. Данный состав шихтовой заготовки позволяет вовлекать ее при изготовлении деталей методом литья с высоким содержанием меди и никеля. Распределение химических элементов по сечению образцов показано на графике распределения (фиг. 1).

Примеры конкретного выполнения

Пример 1. Лабораторные испытания.

В качестве исходного материала для разработки методики переработки отработанных инертных анодов с содержанием железа более 70% был выбран отработанный инертный анод 3 кА после 70 дней электролиза.

С помощью рентген анализатора X - МЕТ3000ЕХ+ (метод - FP) определили концентрацию основных легирующих элементов в отработанном инертном аноде, вес. %: медь - 70, никель - 19, железо - 11.

В корундовый тигель загружали отработанный инертный анод массой 2,6 кг и засыпали глиноземом массой 2 кг.

Режим термообработки: нагрев в печи Naberteherm H31\N до 1050°С, выдержка 3 часа, остывание с печью.

Порядка 20%-30% глинозема взаимодействовало с электролитом.

После термообработки отработанный инертный анод чистый, без окалины, не требует дополнительной очистки в дробемете.

Масса отработанного инертного анода после термообработки составила 2,2 кг, разница в весе 0,4 кг.

Для определения количества циклов термообработок, загружаем повторно отработанный инертный анод в тигель и засыпаем глиноземом массой 2 кг. После проведения повторной термообработки масса отработанного инертного анода составила 2,2 кг. Следовательно, при данном режиме термообработки происходит полное удаление электролита.

Пример 2. Опытно-промышленные испытания.

В качестве исходного материала был выбран отработанный инертный анод после 150 дней электролиза.

Для обжига использовалась печь сопротивления мощностью 20 кВт со спиральными нагревателями из фехраля (фиг. 2). Нагреватели расположены по периметру печи и на дне, 3 термопары ТХА помещались в корундовые чехлы и размещались по пространству печи для контроля инерционности печи в режиме реального времени. Чехлы с термопарами внутри емкости засыпались глиноземом вместе с отработанным инертным анодом до полного его скрытия, масса глинозема около 1000 кг.

Одна из термопар измеряла температуру непосредственно на нагревателях, вторая - возле края емкости (внешняя термопара), третья - посредине отработанного инертного анода (внутренняя термопара).

После помещения внутрь печи отработанного инертного анода массой 330 кг, нагревали до температуры 950°С.

После термообработки глинозем, который прореагировал с электролитом, довольно легко отделяется от отработанного инертного анода в количестве ~10% от массы образцов.

В качестве материала емкости для термообработки использовали сталь 20х23н18.

В образце после термообработки обнаружено минимальное содержание фтора, натрия и калия как компонентов электролита, что позволяет говорить о практически полном очищении отработанного инертного анода. Результаты представлены в таблице 2. Данные локального химического состава собирались с участков, расположенных вдоль красных линий (фиг. 3).

Пример 3. Аналогично примеру 2, проводили испытания при температуре нагрева 1050°С, все остальные данные оставались неизменными. В образце после термообработки обнаружено минимальное содержание фтора, натрия и калия как компонентов электролита. Результаты представлены в таблице 3. График проведенного режима термообработки представлен на фиг. 4.

Пример 4. Аналогично проводили испытания при температуре нагрева 1200°С, все остальные данные оставались неизменными. Полученные результаты были аналогичными примерам 2, 3.

Отличия данного метода от всех аналогов заключаются в том что, речь идет о переработке электролит-содержащих шихтовых материалов, а именно отработанных инертных анодов, которые могут быть вовлечены для дальнейшего переплава.

Способ позволяет удалять электролит из отработанного инертного анода для повторного использования при изготовлении отливок и слитков, без выделений газов в окружающую среду.


СПОСОБ ПОДГОТОВКИ ШИХТОВОЙ ЗАГОТОВКИ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ МЕТОДОМ ЛИТЬЯ
СПОСОБ ПОДГОТОВКИ ШИХТОВОЙ ЗАГОТОВКИ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ МЕТОДОМ ЛИТЬЯ
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 230.
20.05.2013
№216.012.410e

Катодное устройство алюминиевого электролизера с рельефной подиной

Изобретение относится к конструкции катодного устройства электролизера в электролизерах Содерберга или электролизерах с обожженными анодами. Катодное устройство алюминиевого электролизера с рельефной подиной содержит футерованный катодный кожух и подину, выполненную из подовых блоков большей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002482224
Дата охранного документа: 20.05.2013
27.05.2013
№216.012.449d

Катодное устройство электролизера для получения алюминия и способ его ремонта

Изобретение относится к катодному устройству алюминиевого электролизера и способу его ремонта. Катодное устройство содержит катодный кожух и футеровку, имеющую цоколь из теплоизоляционного и огнеупорного материалов, бортовую футеровку, подину из подовых секций с катодными стержнями и катодными...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002483142
Дата охранного документа: 27.05.2013
27.06.2013
№216.012.4fd2

Устройство для непрерывного литья, прокатки и прессования катанки

Изобретение относится к металлургии, в частности к непрерывному литью металлов с одновременным их прессованием. Устройство содержит печь-миксер, валки с ручьем и с выступом, образующие рабочий калибр. На выходе из калибра установлена матрица с охлаждающими каналами на наружной поверхности....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002486027
Дата охранного документа: 27.06.2013
27.06.2013
№216.012.509f

Способ получения топливных брикетов

Изобретение относится к способу получения топливных брикетов, включающий смешение углеродного наполнителя с измельченным углем, добавление связующего вещества и брикетирование смеси под давлением, при этом осуществляют сухое смешение углеродного наполнителя, представляющего собой отходы...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002486232
Дата охранного документа: 27.06.2013
27.06.2013
№216.012.50db

Способ создания смачиваемого покрытия углеродной подины алюминиевого электролизера

Изобретение относится к способу создания смачиваемого покрытия углеродной подины алюминиевого электролизера. Способ включает высокотемпературное электрохимическое осаждение компонентов покрытия из расплавленного электролита и синтез карбидов и боридов тугоплавких металлов на поверхности...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002486292
Дата охранного документа: 27.06.2013
10.07.2013
№216.012.53e7

Способ получения фторида кальция

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Способ получения фторида кальция включает обработку осветленного раствора газоочистки электролитического производства алюминия гидроокисью кальция с последующим разделением раствора и пульпы и выделением фторида кальция....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002487082
Дата охранного документа: 10.07.2013
20.09.2013
№216.012.6a85

Мешалка

Изобретение относится к мешалкам для гомогенизации больших объемов суспензии и может применяться на предприятиях химической и металлургической промышленности. Мешалка содержит расположенный в баке вертикальный вал, вращаемый приводом. В верху вала установлены наклоненные к вертикали лопасти,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492920
Дата охранного документа: 20.09.2013
20.09.2013
№216.012.6b4e

Смесь для приклеивания плит

Смесь для приклеивания плит предназначена для приклеивания керамических плиток и плит из натурального камня и содержит, масс.% портландцемент - 30-34,5, кварцевый песок - 55-59,5, известняк - 5-7, эфир целлюлозы - 0,20-0,25, сополимер винилацетата с винилверсататом - 1,0-1,5, сополимер...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002493121
Дата охранного документа: 20.09.2013
20.09.2013
№216.012.6b51

Кладочная смесь

Кладочная смесь предназначена для приготовления растворов, для соединения элементов различных кладок (кирпича, природного камня, бетонных блоков). Технический результат заключается в вовлечении отхода производства глинозема - красного шлама - в изготовление сухих строительных смесей, что...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002493124
Дата охранного документа: 20.09.2013
20.09.2013
№216.012.6b52

Финишная шпатлевочная смесь

Изобретение относится к производству строительных материалов и может быть использовано при выравнивании поверхностей при отделочных работах. Финишная шпатлевочная смесь содержит, мас.%: портландцемент 30,85-32; гашеную известь 1-2; сополимер винилацетата с винилверсататом 0,7-1,2; эфир...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002493125
Дата охранного документа: 20.09.2013
Показаны записи 1-10 из 38.
27.12.2014
№216.013.1421

Ошиновка мощных алюминиевых электролизеров при их продольном расположении в корпусе

Изобретение относится к ошиновке электролизеров для получения алюминия при их продольном расположении в электролизном корпусе. Ошиновка последовательно соединенных электролизеров содержит два стояка, расположенных у входного торца катодного кожуха электролизера, две катодные сборные шины на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002536577
Дата охранного документа: 27.12.2014
20.03.2015
№216.013.33c4

Футеровка алюминиевого электролизера с инертными анодами

Изобретение относится к футеровке алюминиевого электролизера. Футеровка включает подину и токоотводящие элементы из алюминия, выполненные жидкими в верхней части в контакте с расплавом алюминия и твердыми - в нижней части и установленные проходящими вертикально через подину. Подина выполнена из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002544727
Дата охранного документа: 20.03.2015
20.04.2015
№216.013.41d6

Ошиновка алюминиевых электролизеров продольного расположения

Изобретение относится к ошиновке последовательно соединенных электролизеров получения алюминия с продольным расположением в корпусе. Ошиновка содержит анодные шины, стояки и катодные стержни, разделенные на группы, каждая из которых соединена с отдельной катодной шиной. Катодные шины групп...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002548352
Дата охранного документа: 20.04.2015
20.04.2015
№216.013.41d8

Устройство для дозированной подачи сырья в алюминиевый электролизер

Изобретение относится к устройствам для подачи сырья, в частности глинозема, фторида алюминия, дробленого электролита, в алюминиевый электролизер. Устройство содержит бункер дозируемого материала, дозировочную камеру с установленным штоком и пневмоцилиндром. На штоке жестко закреплен в верхней...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002548354
Дата охранного документа: 20.04.2015
20.05.2015
№216.013.4b93

Способ определения компонентного состава и криолитового отношения твердых проб калийсодержащего электролита алюминиевого производства методом рфа

Изобретение относится к способу определения компонентного состава и криолитового отношения калийсодержащего электролита и может быть использовано в цветной металлургии, а именно при технологическом контроле состава электролита методом количественного рентгенофазового анализа. Способ включает...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002550861
Дата охранного документа: 20.05.2015
10.06.2015
№216.013.546b

Конструкция токоотводов катода алюминиевого электролизера

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к электролитическому получению алюминия из криолит-глиноземных расплавов, и может быть использовано в конструкции токоотводов катодного устройства. В алюминиевом электролизере вертикальные металлические катодные токоотводы, проводящие...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002553132
Дата охранного документа: 10.06.2015
20.10.2015
№216.013.86d3

Устройство для дозированной подачи сырья в алюминиевый электролизер (варианты)

Изобретение относится к устройству для подачи сырья в алюминиевый электролизер и может быть использовано для подачи глинозема, фторида алюминия, дробленого электролита в алюминиевый электролизер. Устройство содержит бункер дозируемого материала, дозировочную камеру с загрузочными окнами,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002566118
Дата охранного документа: 20.10.2015
10.11.2015
№216.013.8bee

Электролит для получения алюминия электролизом расплавов

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к составу электролита для электролитического получения алюминия электролизом фторидных расплавов. Электролит содержит, мас.%: фторид натрия 26-43, фторид калия - до 12, фторид лития - до 5, фторид кальция 2-6, глинозем 2-6, фторид...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002567429
Дата охранного документа: 10.11.2015
10.12.2015
№216.013.9681

Анод на основе железа для получения алюминия электролизом расплавов

Изобретение относится к аноду для электролитического получения алюминия электролизом фторидных расплавов при температуре менее 930°C. Анод содержит основу, выполненную из сплава, содержащего в мас.%: железо 65-96, медь до 35, никель до 20 и одну или несколько добавок молибдена, марганца,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002570149
Дата охранного документа: 10.12.2015
10.02.2016
№216.014.c365

Способ получения плавленолитого калиевого фторфлогопита

Изобретение относится к изготовлению искусственных плавленых слюдяных материалов. Технический результат изобретения заключается в увеличении химической чистоты фторфлогопита, коррозионной и эрозионной стойкости материала. Способ получения плавленолитого калиевого фторфлогопита включает...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002574642
Дата охранного документа: 10.02.2016
+ добавить свой РИД