RU2031132C1

RU2031132C1 - Method of remelting of complex-alloyed alloy waste

Info

Publication number: RU2031132C1
Application number: RU9393044752A
Authority: RU
Inventors: Владислав Михайлович Соколов
Original assignee: Товарищество с ограниченной ответственностью "Донмет"
Priority date: 1993-09-16
Filing date: 1993-09-16
Publication date: 1995-03-20

Abstract

FIELD: metallurgy. SUBSTANCE: solid charge from permanent magnet waste is loaded into induction furnace, heated and melted. Charge is subjected for additional heating by plasma or electric arc up to 1873-2373 K. Then melt is kept at this temperature range for 1-10 min per every mass part of aluminium (in %) containing in charge. In the case of utilization of oxidized waste formed at melting of alloys for permanent magnets they were burdened to lumpy ones at concentration 5-95%. Waste of alloy polishing for permanent magnets can be added to the lumpy and oxidized waste at concentration 10-90%. EFFECT: improved method of remelting. 3 cl, 1 tbl

Description

Изобретение относится к металлургии, в частности к способам переплава сложнолегированных сплавов. The invention relates to metallurgy, in particular to methods of remelting complex alloys.

Известен способ переплава отходов постоянных магнитов на шихтовую болванку, предусматривающий предварительную подготовку отходов к металлургическому переделу, заключающийся в их магнитной сепарации, обезуглероживании [1]. There is a method of remelting waste of permanent magnets on a charge blank, providing for the preliminary preparation of waste for metallurgical redistribution, which consists in their magnetic separation, decarburization [1].

Это достаточно трудоемкие, экологически грязные операции, не нашедшие реального применения в производстве. These are quite laborious, environmentally dirty operations that have not found real application in production.

Наиболее близок к изобретению используемый в производстве способ, предусматривающий загрузку отходов литых постоянных магнитов на железо-никель-медной и железо-никель-кобальт-медной основе, содержащей алюминий, в индукционную печь, расплавление и выдержку расплава для его усреднения и рафинировки [2]. Closest to the invention, the method used in production, comprising loading cast iron permanent magnet waste on an iron-nickel-copper and iron-nickel-cobalt-copper base containing aluminum, into an induction furnace, melting and holding the melt for its averaging and refining [2] .

Однако по такому способу переплавляются только кусковые неокисленные отходы (литейный возврат, скрап, бракованные отливки и т.п.). Коэффициент извлечения элементов основы шихты при этом не превышает 80-85% за счет потерь со шлаком. Окисленные и мелкодисперсные отходы (шлак, металлоабразив и т.п.) по такой технологии не перерабатывают из-за невозможности из расплавления в индукционной печи. Такие отходы сдаются во Вторцветмет для селективного извлечения цветных металлов с еще более низкими коэффициентами извлечения. (60-70%). However, in this way only lumpy non-oxidized wastes are remelted (foundry return, scrap, defective castings, etc.). The coefficient of extraction of the elements of the basis of the charge does not exceed 80-85% due to losses with slag. Oxidized and finely dispersed wastes (slag, metal abrasive, etc.) are not processed using this technology due to the impossibility of being melted in an induction furnace. Such waste is disposed of at Vtvtsvetmet for the selective extraction of non-ferrous metals with even lower recovery rates. (60-70%).

В основу изобретения положена задача создания способа, который бы повысил коэффициент извлечения элементов основы шихты путем интенсификации плавки за счет введения дополнительного источника и варьирования составами шихты и режимами плавки. The basis of the invention is the creation of a method that would increase the coefficient of extraction of the elements of the basis of the mixture by intensifying melting by introducing an additional source and varying the composition of the mixture and the melting modes.

Это достигается тем, что в способе переплава отходов сложнолегированных сплавов, который включает загрузку в ванну твердой шихты на железо-никель-медной или железо-никель-кобальт-медной основе, содержащей алюминий, индукционный нагрев, расплавление шихты и выдержку расплава, согласно изобретению шихту дополнительно нагревают плазменной или электрической дугой до температур 1873-2373 К, после чего расплав выдерживают в течение 1-10 мин на каждую массовую долю в процентах алюминия, содержащегося в шихте. При использовании при переплаве окисленных отходов, образующихся при плавке сплавов для постоянных магнитов их подшихтовывают к кусковым отходам в количестве 5-95%. This is achieved by the fact that in the method of remelting wastes of complex alloys, which comprises loading a solid charge onto an iron-nickel-copper or iron-nickel-cobalt-copper base containing aluminum, induction heating, melting the charge and holding the melt according to the invention, the charge additionally heated by a plasma or electric arc to a temperature of 1873-2373 K, after which the melt is held for 1-10 minutes for each mass fraction in percent of aluminum contained in the charge. When using oxidized waste during the remelting process, the alloys formed for melting for permanent magnets are bridged to lumpy waste in an amount of 5-95%.

При использовании отходов шлифования сплавов для постоянных магнитов их подшихтовывают к кусковым и окисленным отходам в количестве 10-90%. When using waste grinding alloys for permanent magnets, they are bridged to lumpy and oxidized waste in an amount of 10-90%.

Использование дополнительного источника нагрева обеспечивает быстрый нагрев расплава до температур более 1873 К, при которых интенсифицируются режимы восстановления алюминием элементов основы сплава из окислов, при этом резко возрастает коэффициент извлечения в металлах этих элементов. The use of an additional heating source ensures rapid heating of the melt to temperatures above 1873 K, at which the modes of reduction of the alloy base elements from oxides by aluminum are intensified, while the extraction coefficient of these elements in metals sharply increases.

Без дополнительного источника нагрева процесс достижения расплавом заданной температуры затягивается, что ведет к окислению самого алюминия, образования тугоплавкого шлака, в котором запутывается металл-основа сплава. Это понижает коэффициент извлечения элементов. Перегрев металла выше 2373 К тоже нежелателен из-за окисления от основной футеровки, традиционно используемой на плавках легированных сплавов. Without an additional heating source, the process of reaching the set temperature by the melt is delayed, which leads to the oxidation of aluminum itself, the formation of refractory slag, in which the metal-base of the alloy is entangled. This reduces the coefficient of extraction of elements. Metal overheating above 2373 K is also undesirable due to oxidation from the main lining, traditionally used in melting alloyed alloys.

Дополнительным источником нагрева должна быть плазменная или электрическая дуга, которая обеспечивает локальный перегрев металла в месте соприкосновения с ним, что инициирует реакции восстановления окислов алюминия. Для того чтобы восстановление окислов прошло достаточно полно необходима выдержка металла, которая составляет в пределах 1-10 мин на каждую массовую долю в процентах алюминия в отходах. Если выдержка будет короче, то алюминий не успеет полностью провзаимодействовать с окислами. В обратном случае, алюминий достаточно окисляется кислородом из воздуха, что приводит к вторичному окислению элементов основы сплава. An additional source of heating should be a plasma or electric arc, which provides local overheating of the metal at the point of contact with it, which initiates the reduction of aluminum oxides. In order for the reduction of the oxides to take place quite fully, metal exposure is required, which is within 1-10 minutes for each mass fraction in percent of aluminum in the waste. If the shutter speed is shorter, then aluminum will not have time to fully interact with the oxides. In the opposite case, aluminum is sufficiently oxidized by oxygen from the air, which leads to the secondary oxidation of the elements of the alloy base.

В состав шихты можно ввести и окисленные отходы либо отходы шлифования для того чтобы их расплавить необходимо жидкое болото металла, необходимо, чтобы кроме них было 5% кусковых отходов. Использование менее 5% окисленных отходов (отходов шлифования) экономически нецелесообразно. Из таких же ограничений нужно исходить при совместном использовании кусковых, окисленных отходов и продуктов шлифования. В этом случае для эффективного плавления шихты отходов шлифования должно быть не более 90%, а из экономических соображений не менее 10%. It is possible to introduce oxidized wastes or grinding wastes into the mixture in order to melt them, it is necessary to have a liquid metal swamp, it is necessary that in addition to them there should be 5% of lumpy wastes. The use of less than 5% of oxidized waste (grinding waste) is not economically feasible. The same limitations must be taken when sharing lumpy, oxidized wastes and grinding products. In this case, for efficient melting of the mixture, the grinding waste should be no more than 90%, and for economic reasons at least 10%.

П р и м е р. Плавки отходов магнитотвердых сплавов типа ЮНД и ЮНДК (см. таблицу) вели на печи ИСТ-016 в магнезитовом тигле на 100 кг, оборудованном крышкой с огнеупорной футеровкой. Дополнительный нагрев металла сверху производили электродом с графитовым наконечником. Твердую шихту формировали из кускообразных отходов в виде смешанных бракованных магнитов. На ряде плавок в состав шихты входили шлаки, образующиеся при получении постоянных магнитов, состоящие согласно рентгеноструктурному анализу из окислов алюминия, никеля, железа, кобальта и корольков сплава. Количество корольков составляет 30-40% от массы шлака. На отдельных плавках использовали отходы шлифования, состоящие на 60-70% из металлической составляющей. Электрод закорачивали на шихту и зажигали дугу. Одновременно подавали питание и на индуктор. При этом индукционному нагреву подвергали периферийные части шихты, в то время как средняя часть обогревалась за счет дуги электрода. Поддерживали постоянный электрический режим индуктора (ток не более 120 А, напряжение до 800 В) и дуги (ток 350-370 А, напряжение 140-160 В). PRI me R. The melts of wastes of magnetic hard alloys of the UND and UNDK type (see table) were conducted on the IST-016 furnace in a 100 kg magnesite crucible equipped with a lid with refractory lining. Additional heating of the metal from above was performed with an electrode with a graphite tip. A solid charge was formed from lumpy waste in the form of mixed defective magnets. On a number of melts, the mixture included slags formed during the preparation of permanent magnets, which, according to X-ray diffraction analysis, consist of oxides of aluminum, nickel, iron, cobalt, and alloy kings. The number of kings is 30-40% of the mass of slag. On individual melts used grinding waste, consisting of 60-70% of the metal component. The electrode was short-circuited onto a charge and an arc was ignited. At the same time, power was supplied to the inductor. In this case, the peripheral parts of the charge were subjected to induction heating, while the middle part was heated due to the arc of the electrode. Maintained a constant electric mode of the inductor (current no more than 120 A, voltage up to 800 V) and arcs (current 350-370 A, voltage 140-160 V).

С целью стабилизации электрической дуги и защиты зеркала металла инертным газом на плавках 2, 5, 6, 8, 9, 10, 11, 13 через графитовый наконечник электрода вдували аргон, при этом получали плазменную дугу, расход аргона составлял 8-10 л/мин. После расплавления шихты расплав выдерживали при включенном индукторе и горящей дуге. In order to stabilize the electric arc and protect the metal mirror with an inert gas on melts 2, 5, 6, 8, 9, 10, 11, 13, argon was blown through the graphite tip of the electrode, and a plasma arc was obtained, the argon flow rate was 8-10 l / min . After melting the charge, the melt was held with the inductor turned on and the arc burning.

Для поддержания постоянства температуры через дозатор в крышке производили небольшие добавки твердой шихты, при этом вели пирометрический контроль расплава. Затем металл разливали в чугунные изложницы. Выплавленные лигатуры после экспресс-анализа использовали как основу шихты при получении отливок магнитов ДЖБ.09.1.2022 из сплава ЮНДК. Все полученные образцы соответствовали заданным требованиям (B_г≥1,2Тл, H_c≥48кА/м, (BH_max<N>)≥36 кДЖ/м).To maintain a constant temperature through the dispenser, small additives of the solid charge were made in the lid, and pyrometric control of the melt was carried out. Then the metal was poured into cast-iron molds. The melted ligatures after express analysis were used as the basis of the charge in the preparation of castings of the DZHB.09.1.2022 magnets from the UNDK alloy. All samples obtained met the specified requirements (B _g ≥1.2 T, H _c ≥48 kA / m, (BH _{max <N>} ) ≥36 kJ / m).

О коэффициентах извлечения основных элементов судили по расчету баланса элементов на основании данных взвешивания металла до и после плавки и химического анализа исходного и конечного металла. Затем их проводили к среднему показателю для каждой плавки. The extraction coefficients of the main elements were judged by calculating the balance of the elements based on the data of weighing the metal before and after melting and chemical analysis of the starting and final metal. Then they were carried out to the average for each heat.

Установлено, что на плавках 1 (прототип), 6, 7, 10 при неоптимальных режимах температур и выдержки расплава средний коэффициент извлечения основных элементов менее 80%, в то время как на остальных оптимальных плавках был равен или превосходил 85%. При этом в состав шихты наряду с кусковыми входили окисленные отходы, а также отходы шлифования постоянных магнитов. Предварительные опыты по плавкам окисленных и шлифовальных отходов, когда в состав шихты входило менее 5% кусковых отходов, показали на невозможность зажечь дугу и, соответственно расплавить шихту. It was found that in swimming trunks 1 (prototype), 6, 7, 10 with non-optimal temperature and melt holding conditions, the average recovery factor of the main elements was less than 80%, while on the other optimal melts it was equal to or exceeded 85%. In this case, along with lumps, the composition of the charge included oxidized wastes, as well as wastes from grinding of permanent magnets. Preliminary experiments on the smelting of oxidized and grinding waste, when less than 5% of lumpy waste was part of the mixture, showed the impossibility of igniting the arc and, accordingly, melting the mixture.

Claims

1. METHOD OF RELEASING THE WASTE OF COMPLEXLY ALLOYED ALLOYS, including loading a solid charge from the waste of permanent magnets onto an iron-nickel-copper or iron-nickel-cobalt-copper base containing aluminum, induction heating, melting the charge and holding the melt, characterized in that the charge is additionally heated by a plasma or electric arc to a temperature of 1873-2373 K, after which the melt is held for 1-10 minutes for each mass fraction in percent of aluminum contained in the charge.

2. The method according to p. 1, characterized in that the composition of the charge is introduced 5-95% (wt. Dol.) Of oxidized waste generated during the melting of alloys for permanent magnets.

3. The method according to PP.1 and 2, characterized in that the composition of the charge is introduced 10-90% of waste grinding alloys for permanent magnets.