PL229305B1

PL229305B1 - Method for removing permanently bounded iron containing elements from aluminium alloy scrap

Info

Publication number: PL229305B1
Application number: PL410502A
Authority: PL
Inventors: Jerzy Nykiel; Mateusz Nykiel; Marek Dziarmagowski; Jan Falkus; Joanna Karwan-Baczewska; Krzysztof Konopka; Paweł Drożdż; Katarzyna Miłkowska-Piszczek
Original assignee: Akademia Gorniczo Hutnicza Im Stanislawa Staszica W Krakowie; Nykiel Jerzy Jn Metall
Priority date: 2014-12-11
Filing date: 2014-12-11
Publication date: 2018-07-31
Also published as: PL410502A1

Abstract

Sposób usuwania ze złomu stopów aluminium trwale związanych elementów ze stopów zawierających żelazo charakteryzuje się tym, że na sicie wykonanym z prętów lub taśm stalowych, powlekanych materiałem ceramicznym, stanowiącym mieszaninę tlenku aluminium i krzemu, wyposażonym w obejmę, wykonaną z blachy stalowej, umieszcza się kawałki złomu stopów aluminium trwale związanych z elementami ze stopów zawierających żelazo, przy czym masa kawałków złomu stopów aluminium umieszczonych na sicie wynosi 1 - 10% nominalnej pojemności pieca indukcyjnego określonej w kg. Następnie sito wraz ze znajdującym się na nim złomem opuszcza się do pieca i zanurza w ciekłej kąpieli o temperaturze 750 - 830°C, której masa wynosi 25 - 35% nominalnej pojemności pieca określonej w kg, utworzonej z wcześniej dodanego niezanieczyszczonego złomu stopów aluminium lub kąpieli celowo pozostawionej z poprzedniego wytopu. Po przejściu stopów aluminium z umieszczonego na sicie złomu w stan ciekły, sito wyciąga się z pieca wraz z elementami w stanie stałym ze stopów zawierających żelazo, po czym schłodzoną kąpiel wygrzewa się do temperatury 750 - 830°C. Z kolei opuszcza się na sicie kolejną partię przetwarzanego złomu stopów aluminium i prowadzi proces do wyczerpania nominalnej pojemności pieca.The method of removing permanently bound elements from aluminum alloys containing iron from scrap is characterized by the fact that pieces are placed on a screen made of steel rods or strips, coated with a ceramic material consisting of a mixture of aluminum oxide and silicon, equipped with a clamp made of steel sheet. scrap of aluminum alloys permanently bonded to elements made of alloys containing iron, with the weight of pieces of aluminum alloy scrap placed on the sieve being 1 - 10% of the nominal capacity of the induction furnace specified in kg. Then the sieve with the scrap on it is lowered into the furnace and immersed in a liquid bath at a temperature of 750 - 830°C, the mass of which is 25 - 35% of the nominal capacity of the furnace specified in kg, made of previously added uncontaminated aluminum alloy scrap or bath deliberately left from the previous melt. After the aluminum alloys transform from the scrap placed on the screen into a liquid state, the screen is removed from the furnace together with the solid elements made of iron-containing alloys, and then the cooled bath is heated to a temperature of 750 - 830°C. In turn, another batch of processed aluminum alloy scrap is lowered onto the screen and the process is continued until the nominal capacity of the furnace is exhausted.

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest sposób usuwania ze złomu stopów aluminium trwale związanych elementów zawierających żelazo w czasie przetapiania w piecu indukcyjnym, szczególnie kawałków złomu o masie rzędu 50-200 g.The subject of the invention is a method of removing from scrap aluminum alloys permanently bonded iron-containing elements during remelting in an induction furnace, especially scrap pieces weighing in the order of 50-200 g.

Złom stopów aluminium najczęściej występuje w postaci wiórów, zużytych puszek, folii lub w postaci kawałków, często zanieczyszczonych stopami zawierającymi żelazo. Recykling surowców wtórnych prowadzony jest drogą ich przetapiania w piecach obrotowych, komorowych, indukcyjnych i w procesie ciągłym Meltower z centralną jednostką topielną. Jednak przetapianie zanieczyszczonych kawałków złomu stopów aluminium jest możliwe jedynie w przypadku wcześniejszego usunięcia z niego elementów zawierających stopy żelaza w czasie separacji magnetycznej. Separacja magnetyczna pozwala na ochronę przetapianego złomu przed niepożądanymi zanieczyszczeniami głównie żelazem, rozpuszczającym się w ciekłym aluminium. Jednak stosując separację magnetyczną nie można usunąć ze złomu aluminiowego trwale z nim związanych elementów stalowych.The scrap of aluminum alloys most often occurs in the form of shavings, used cans, foil or in the form of pieces, often contaminated with iron-containing alloys. Recycling of secondary raw materials is carried out by smelting them in rotary, chamber, induction furnaces and in the continuous Meltower process with a central melting unit. However, smelting contaminated pieces of aluminum alloy scrap is possible only in the case of earlier removal of elements containing iron alloys from it during magnetic separation. Magnetic separation allows to protect the remelted scrap from undesirable contamination, mainly iron, dissolving in liquid aluminum. However, using magnetic separation, it is not possible to remove permanently bonded steel elements from aluminum scrap.

Sposób przetapiania zużytych tłoków w celu oddzielenia stopów aluminium od elementów zawierających żelazo został ujawniony w opisie patentowym US4288246 A. W przedstawionej w w/w opisie metodzie zaproponowano zanurzenie tłoków, umieszczonych w perforowanym koszu, w ciekłej soli o temperaturze wyższej od temperatury topnienia stopów aluminium, przez okres wystarczający dla stopienia tych stopów. Otrzymywany ciekły stop gromadzi się poniżej ciekłej soli. Ponieważ elementy wykonane ze stopów żelaza mają znacznie wyższą temperaturę topnienia, to w czasie procesu topienia pozostają w stanie stałym, a po jego zakończeniu wyjmowane są wraz z koszem z urządzenia grzewczego.The method of remelting used pistons in order to separate aluminum alloys from iron-containing elements is disclosed in the patent description US4288246 A. In the above-mentioned method, it was proposed to immerse the pistons, placed in a perforated basket, in liquid salt at a temperature higher than the melting point of aluminum alloys, by a period sufficient for the alloys to melt. The resulting liquid melt accumulates below the liquid salt. Since the elements made of iron alloys have a much higher melting point, they remain in the solid state during the melting process, and after the melting process is completed, they are removed together with the basket from the heating device.

Inny, przedstawiony w opisie patentowym US4203762 A sposób oddzielania i odzyskiwania aluminium ze złomu bimetalowego zawierającego żelazo polega na tym, że złom wprowadza się do komory grzewczej pieca gazowego lub elektrycznego. Materiał przeznaczony do separacji umieszczany jest w uchwycie i za pomocą taśmociągu transportowany jest przez komorę grzewczą pieca, w której w wyniku radiacyjnej wymiany ciepła dochodzi do wzrostu temperatury powyżej temperatury topnienia stopów aluminium. Następnie pod działaniem siły grawitacyjnej dochodzi do oddzielenia ciekłego stopu aluminium od metalowego rdzenia. Dodatkowo zalecane jest pokrycie złomu, przeznaczonego do separacji, warstwą materiału o większej emisyjności, przykładowo olejem, w celu podniesienia efektywności procesu.Another method of separating and recovering aluminum from iron-containing bimetal scrap, presented in the patent description US4203762 A, consists in introducing the scrap into the heating chamber of a gas or electric furnace. The material to be separated is placed in a holder and by means of a conveyor it is transported through the furnace's heating chamber, where, as a result of radiation heat exchange, the temperature rises above the melting point of aluminum alloys. Then, under the action of gravity, the liquid aluminum alloy separates from the metal core. In addition, it is recommended to cover the scrap to be separated with a layer of material with higher emissivity, for example oil, in order to increase the efficiency of the process.

Sposób usuwania ze złomu stopów aluminium trwale związanych elementów ze stopów zawierających żelazo, według wynalazku, polega na tym, że na sicie wykonanym z prętów lub taśm stalowych powlekanych materiałem ceramicznym, stanowiącym mieszaninę tlenku aluminium i krzemu, wyposażonym w obejmę wykonaną z blachy stalowej, umieszcza się kawałki złomu stopów aluminium trwale związanych z elementami ze stopów zawierających żelazo, przy czym masa kawałków złomu stopów aluminium umieszczonych na sicie wynosi 1-10% nominalnej pojemności pieca indukcyjnego określonej w kg. Następnie sito wraz ze znajdującym się na nim złomem opuszcza się do pieca i zanurza w ciekłej kąpieli o temperaturze 750-830°C, której masa wynosi 25-35% nominalnej pojemności pieca określonej w kg, utworzonej z wcześniej dodanego niezanieczyszczonego złomu stopów aluminium lub kąpieli celowo pozostawionej z poprzedniego wytopu. Po przejściu stopów aluminium z umieszczonego na sicie złomu w stan ciekły sito wyciąga się z pieca wraz z elementami ze stopów zawierających żelazo, zaś schłodzoną kąpiel wygrzewa się do temperatury 750-830°C, a następnie opuszcza się na sicie kolejną partię przetwarzanego złomu stopów aluminium i prowadzi się proces do wyczerpania nominalnej pojemności pieca.The method of removing permanently bonded elements made of iron-containing alloys from scrap, according to the invention, consists in placing a wire or steel strip coated with ceramic material, which is a mixture of aluminum and silicon oxide, and equipped with a clamp made of steel sheet, on a wire made of steel bars or strips. pieces of aluminum alloy scrap permanently bonded to iron-containing alloy elements, the weight of the pieces of aluminum alloy scrap placed on the wire is 1-10% of the nominal capacity of the induction furnace determined in kg. Then the sieve with the scrap on it is lowered into the furnace and immersed in a liquid bath with a temperature of 750-830 ° C, the mass of which is 25-35% of the nominal furnace capacity, defined in kg, formed from previously added unpolluted scrap of aluminum alloys or a bath intentionally left behind from the previous smelting. After the aluminum alloys have passed from the scrap placed on the sieve into a liquid state, the sieve is pulled out of the furnace along with elements made of iron-containing alloys, and the cooled bath is heated to a temperature of 750-830 ° C, and then another batch of processed aluminum alloy scrap is dropped on the sieve. and the process is carried out until the nominal furnace capacity is exhausted.

Przykład. Ciekły stop aluminium o temperaturze 770°C w ilości około 1000 kg, który pozostał z poprzedniego cyklu usuwania ze złomu stopów aluminium trwale związanych elementów zawierających żelazo, znajdujący się w piecu indukcyjnym o nominalnej pojemności 3000 kg podgrzano do temperatury 810°C, przy czym stop ten zawierał wagowo: 8,48% Si, 0,20% Mg, 0,14% Ti, 0,13% Fe, 0,06% Ni, 0,04% Cr, 0,04% Sr, 0,03% B, 0,02% Cu, 0,01% Mn, reszta Al. Następnie przy pomocy wyciągarki trójramiennej do pieca opuszczono i zanurzono w kąpieli sito, w którym umieszczono porcję złomu stopów aluminium trwale związanych z elementami zawierającymi żelazo w postaci sitek z wylewów odlewniczych. Dno sita wykonano z prętów o średnicy 7 mm ze stali węglowej, pokrytych masą ceramiczną o nazwie handlowej „TERRACOTE EP 7667” firmy FOSECO, zawierającą między innymi talk, kwarc i kaolinit, w skład których to minerałów wchodzą tlenki krzemu i glinokrzemiany, a obejmę o wysokości 200 mm wykonano z blachy stalowej o grubości 1,5 mm. Masa pojedynczego kawałka złomu stopuExample. Liquid aluminum alloy with a temperature of 770 ° C in an amount of about 1000 kg, which remained from the previous cycle of removing from scrap aluminum alloys of permanently bonded iron-containing elements, contained in an induction furnace with a nominal capacity of 3000 kg, was heated to a temperature of 810 ° C, the alloy this one contained by weight: 8.48% Si, 0.20% Mg, 0.14% Ti, 0.13% Fe, 0.06% Ni, 0.04% Cr, 0.04% Sr, 0.03% B, 0.02% Cu, 0.01% Mn, the rest Al. Then, using a three-arm winch, the screen was lowered into the furnace and immersed in the bath, in which a portion of scrap of aluminum alloys permanently bonded to elements containing iron in the form of screens from casting nozzles was placed. The bottom of the screen is made of 7 mm diameter carbon steel rods, covered with a ceramic mass with the trade name "TERRACOTE EP 7667" by FOSECO, containing, inter alia, talc, quartz and kaolinite, including minerals including silicon oxides and aluminosilicates, and a clamp with 200 mm high, made of 1.5 mm thick steel sheet. The mass of a single piece of alloy scrap

PL 229 305 Β1 aluminium wraz ze znajdującym się w nim sitkiem stalowym wahała się w zakresie 120-150 g, a całkowita masa złomu na sicie wynosiła około 130 kg, czyli ponad 4% nominalnej pojemności pieca określonej w kg. Sito ze znajdującym się na nim złomem zanurzono w kąpieli na głębokość około 180 mm. Po 20 sekundach wyciągnięto z kąpieli metalowej sito, w którym znajdowały się sitka stalowe pokryte cienką warstewką stopów aluminium. Po zważeniu stwierdzono, że na sicie pozostało 6,1 kg złomu stalowego, a pozostała część złomu ze stopów aluminium uległa roztopieniu i przeszła do kąpieli. Jednocześnie temperatura kąpieli w piecu spadła i wynosiła 760°C. Następnie po nagrzaniu kąpieli do temperatury 810°C opuszczano na sicie do pieca kolejne porcje złomu stopów aluminium, aż do wyczerpania nominalnej pojemności pieca. Łącznie do kąpieli metalowej dodano 15 porcji złomu stopów aluminium. Po wprowadzeniu ostatniej porcji złomu dokonano spustu około 1900 kg stopu aluminium, zawierającego, oprócz Al, wagowo: 8,40% Si, 0,19% Mg, 0,14% Ti, 0,14% Fe oraz śladowe ilości Ni, Cr, Sr, B, Cu, Mn, a w piecu pozostawiono około 1000 kg ciekłego stopu. Masa odseparowanego złomu stalowego z domieszką 12% wagowych stopów aluminium wynosiła około 125 kg.PL 229 305 Β1 aluminum with the steel sieve inside it ranged from 120-150 g, and the total weight of scrap on the sieve was about 130 kg, which is over 4% of the nominal furnace capacity defined in kg. The screen with the scrap thereon was immersed in the bath to a depth of about 180 mm. After 20 seconds, the screen with steel screens covered with a thin layer of aluminum alloys was removed from the metal bath. After weighing, it was found that 6.1 kg of steel scrap remained on the screen, and the remainder of the aluminum alloy scrap had melted and was transferred to the bath. At the same time, the bath temperature in the furnace dropped to 760 ° C. Then, after heating the bath to the temperature of 810 ° C, successive portions of aluminum alloy scrap were dropped on the sieve into the furnace until the nominal furnace capacity was exhausted. In total, 15 portions of aluminum alloy scrap were added to the metal bath. After the last batch of scrap was introduced, about 1900 kg of aluminum alloy was tapped, containing, in addition to Al, by weight: 8.40% Si, 0.19% Mg, 0.14% Ti, 0.14% Fe and trace amounts of Ni, Cr, Sr, B, Cu, Mn, and about 1000 kg of the liquid alloy were left in the furnace. The weight of the separated steel scrap mixed with 12% by weight of aluminum alloys was about 125 kg.

Claims

Patent claim

1. Method of removing permanently bonded elements of iron-containing alloys from scrap aluminum, characterized in that pieces are placed on a wire made of steel bars or strips coated with ceramic material, consisting of a mixture of aluminum and silicon oxide, and equipped with a clamp made of steel sheet. of scrap of aluminum alloys permanently bonded to elements of iron-containing alloys, the weight of pieces of aluminum alloy scrap placed on the sieve is 1-10% of the nominal capacity of the induction furnace specified in kg, and then the sieve with the scrap on it is lowered into the furnace and immersed in a liquid bath at a temperature of 750-830 ° C, the mass of which is 25-35% of the nominal furnace capacity, defined in kg, formed from previously added uncontaminated scrap of aluminum alloys or a bath intentionally left from the previous melt, and then, after the aluminum alloys have passed from the placed on the scrap sieve into a liquid state, the sieve is pulled from the furnace together with solid elements made of iron-containing alloys, and the cooled bath is heated to a temperature of 750-830 ° C, and then another batch of processed aluminum alloy scrap is dropped on the sieve and the process is carried out until the nominal furnace capacity is exhausted.