Способ электрошлакового переплава металлосодержащих отходов

Изобретение относится к электрометаллургии, а именно к электрошлаковому переплаву (ЭШП) в водоохлаждаемом кристаллизаторе металлосодержащих отходов, включая автомобильные катализаторы, обломки тиглей и другие отходы, содержащие драгоценные металлы. В способе осуществляют подвод электроэнергии к графитовому электроду и подачу в кристаллизатор шлакообразующих и углеродсодержащих материалов, наведение шлаковой ванны, подачу измельченных металлосодержащих отходов до образования жидкой ванны, выдержку расплава и скачивание шлака. В качестве металлосодержащих отходов используют отходы, содержащие драгоценные металлы, причем для снижения вязкости и удельного сопротивления шлакового расплава, соответственно до 0,11 Па⋅с и до 0,1…1,0 Ом⋅см, совместно с упомянутыми отходами осуществляют подачу легкоплавкого порошкообразного материала, например СаF2. Изобретение позволяет повысить эффективность переработки отходов с низким содержанием драгоценных металлов, увеличить степень извлечения чистого металла и сократить затраты на обработку. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Областью применения изобретения является электрометаллургия, а именно электрошлаковый переплав (ЭШП) в водоохлаждаемом кристаллизаторе металлосодержащих отходов, включая автомобильные катализаторы, обломки тиглей и другие отходы, содержащие драгоценные металлы.

Известен способ электрошлакового переплава в водоохлаждаемом кристаллизаторе железосодержащих порошков, железной губки, скрапа, оксидов, отходов ферросплавов, лигатуры и других отходов. При этом происходит прямой передел этих отходов в легированную или углеродистую сталь, а также в ферросплавы. [А.Г. Глебов, Е.И. Мошкевич. Электрошлаковый переплав. М.: Металлургия, 1982. - 343 с. (рис. 26 стр. 60)]

В данной конструкции печи (ЭШП) применяют расходуемый электрод из нелегированной стали и при работе печи ЭШП в шлаковую ванну кристаллизатора подают необходимое количество металлоотходов с помощью дозирующего устройства с последующим образованием в пространстве под электродом металлической ванны за счет передачи тепла от электрода шлаку и отходам.

К недостаткам известного способа относятся значительные потери тепла на нагрев и оплавление металлического расходуемого электрода и в окружающее пространство.

Из известных, наиболее близким к предлагаемому является способ переплава металлосодержащих отходов в кристаллизаторе электрошлаковой печи, включающий подвод электроэнергии к нерасходуемому электроду и подачу в шлаковую ванну кристаллизатора измельченных металлосодержащих отходов, шлакообразующих и углеродсодержащих материалов, а также непрерывное удаление шлака [Патент №2487181, РФ, опубл. 2013 Бюл. №19].

Недостатком известного способа являются ограниченные функциональные возможности, связанные с низкой эффективностью обработки отходов, так как вследствие непрерывного скачивания шлака вместе с ним уходят и капли металла, не успевающие осесть в жидкую металлическую ванну. Поэтому способ не эффективен или неприменим при переработке отходов, содержащих драгоценные металлы в незначительной концентрации, требующей применения специальных режимов.

Технический результат предложенного способа заключается в повышении эффективности переработки отходов с низким содержанием драгоценных металлов, в повышении степени извлечения годного (чистого) металла и в сокращении затрат на обработку. Данный технический результат достигается тем, в известном способе переплава металлосодержащих отходов в кристаллизаторе электрошлаковой печи, включающем подвод электроэнергии к электроду и подачу в шлаковую ванну кристаллизатора измельченных металлосодержащих отходов, шлакообразующих и углеродсодержащих материалов, а также удаление шлака, измельченные фрагменты отходов подают в кристаллизатор в смеси с легкоплавким порошкообразным материалом, например CaF2 снижающим вязкость и удельное сопротивление расплава, соответственно до 0,11 Па⋅с и до 1,0 Ом⋅см. При этом материалы подают в кристаллизатор до образования жидкой ванны высотой 0,7…1,5 Dкр.

В связи с тем, что в начале плавки на тепловой баланс шлаковой ванны оказывает охлаждающее действие поддон, то работа на высотах шлака менее 0,7 Dкр, приводит к росту расхода электроэнергии, при высоте шлака более 1,5 Dкр резко возрастают потери в стенку кристаллизатора, а шлак подстывает и капли металла медленнее оседают в слиток. Приходится поднимать мощность, что отрицательно сказывается на КПД установки. Подводимую мощность снижают до 0,1…0,4 номинальной и расплав выдерживают в течение времени, определяемого по формуле

τ=k⋅Dкр

Где: Dкр - диаметр кристаллизатора, см;

k=0,1…0,5 мин/см,

Тем самым, в процессе плавки в кристаллизаторе обеспечивается слой шлака, в котором вследствие интенсивного тороидального движения шлака капли расплавленного металла медленно оседают в жидкую металлическую ванну, при этом перед скачиванием шлака снижают вводимую в шлак мощность на время, достаточное для перехода всех металлических капель в жидкую ванну, и только после этого скачивают часть шлака.

Кроме того, предложенная высота шлаковой ванны наряду с обеспечением стабильного электрического режима без горения дуг, которые могут приводить к испарению металла, обеспечивает высокий КПД печи, так как при высоте шлаковой ванны выше заявленной возрастают тепловые потери в стенке кристаллизатора, снижается температура шлака, что приводит к росту расхода электроэнергии на переплав.

В кристаллизаторе должен остаться слой высотой 20-40% от наплавленного объема. Эксперименты показали, что при оставшейся в кристаллизаторе высоте шлака менее 20% при возобновлении процесса переплавки может возникать дуговой пробой на поддон, что приводит к его быстрому износу.

После скачивания части шлака возобновляют процесс плавления с номинальной мощностью.

Если шлак скачивается раньше заданного времени, то вместе со шлаком уходят капли драгметалла, а если позже, то вязкость расплава возрастает, что приводит к проблеме скачивания.

Если мощность уменьшить менее, чем на 0,1 от номинальной, то интенсивность движения шлака остается практически без изменения, что затрудняет осаждение капель.

Если мощность снизить более чем на 40% от номинальной, то происходит резкое охлаждение шлака и существенно возрастает его вязкость, что затрудняет осаждение капель металла.

Высота плавильной ванны выбирается исходя из условия обеспечения оптимального расхода электроэнергии и охлаждающей жидкости. Т.к. при увеличении высоты шлаковой ванны растут тепловые потери, то поднимать ее нецелесообразно. С другой стороны при малой высоте шлака будет возникать "нижний" дуговой разряд, что повлияет на кристаллизацию металла и стабильность работы установки. При этом будет ухудшаться КПД процесса. Мощность перед скачиванием уменьшают с целью снижения интенсивности движения шлака, что бы дать быстрее и в более полном объеме осесть мелким каплям драгметалла.

Сущность предложенного технического решения поясняется примером реализации способа со ссылкой на схему процесса (фиг. 1).

Устройство для реализации предлагаемого способа представляет собой печь ЭШП, содержащую медный водоохлаждаемый кристаллизатор 1 с поддоном 2, графитовый электрод 3, механизм 4 перемещения электрода в составе колонны 5 и каретки 6 с электрододержателем 7, токоподводы 8, 9 с трансформатором 10 и систему 11 загрузки перерабатываемых фрагментированных отходов, содержащую бункеры 12, конвейер 13 и питатель 14. Для удаления шлака из кристаллизатора предусмотрено отсасывающее устройство 15 с подъемно-поворотной всасывающей головкой 16, трубопроводом 17 и вакуумным насосом 18.

При утилизации автомобильных катализаторов или отработанных тиглей для плавки драгметаллов с включениями золота в медном кристаллизаторе 1 печи ЭШП при помощи графитового электрода 3 и шлакообразующих добавок 2 наводят исходный жидкий шлак, после чего питателем 14 в расплав подают предварительно просушенные куски катализаторов 19 с фракцией около 0,1-1,0 см. Они плавятся, находящиеся в них драгметаллы (20-40 грамм на тонну шихты) оседают на поддоне кристаллизатора, образуя ванну расплавленного металла 20, затем затвердевающую в слиток 21. По мере заполнения кристаллизатора, шлак 22 скачивают, не прерывая процесс плавки. Загрузку порошкообразного флюса и катализаторов и скачивание шлака повторяют многократно, пока на дне не образуется слиток 21 требуемого размера. Процесс повторяют циклами по 18-20 скачиваний шлака. После чего печь останавливают, слиток извлекают и т.д. Добавка порошкообразного флюса в сочетании с кусками отходов снижает вязкость и электропроводность шлака и таким образом обеспечивает благоприятные условия для осаждения капель драгоценного металла.

Благодаря предлагаемым режимам обработки (периодическому скачиванию шлака, дополнительной регламентируемой выдержке расплава при пониженной мощности и др.) обеспечивается увеличение глубины переработки выхода годного драгоценного металла.

1. Способ переплава металлосодержащих отходов в кристаллизаторе электрошлаковой печи, включающий подвод электроэнергии к графитовому электроду и подачу в кристаллизатор шлакообразующих и углеродсодержащих материалов, наведение шлаковой ванны, подачу измельченных металлосодержащих отходов до образования жидкой ванны, выдержку расплава и скачивание шлака, отличающийся тем, что измельченные металлосодержащие отходы подают в кристаллизатор совместно с легкоплавким порошкообразным материалом, снижающим вязкость и удельное сопротивление шлакового расплава, соответственно до 0,11 Па⋅с и до 0,1…1,0 Ом⋅см, при этом в качестве металлосодержащих отходов используют отходы, содержащие драгоценные металлы.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что материалы подают в кристаллизатор до образования жидкой ванны высотой 0,7…1,5 Dкр, после чего подводимую мощность снижают до 0,1...0,4 номинальной, а выдержку расплава осуществляют в течение времени, определяемого по формуле

τ=k⋅Dкр,

где Dкр - диаметр кристаллизатора, см;

k=0,1...0,5 мин/см,

после чего прерывают процесс плавления, скачивают часть шлака, а затем возобновляют процесс плавления с номинальной мощностью.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве легкоплавкого порошкообразного материала используют СаF2.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к спецэлектрометаллургии, а именно к кристаллизаторам для электрошлаковых печей (ЭШП). Кристаллизатор состоит из водоохлаждаемых секций, помещенных в несущую платформу.

Изобретение относится к области электрометаллургии, а именно к легированию поверхности заготовки при помощи плавящегося электрода с покрытием в процессе электрошлакового переплава на электрошлаковой установке, оснащенной механизмом вращения электрода со скоростью, определяемой из выражения, при этом до начала переплава методом окраски наносят на переплавляемый электрод покрытие в виде жидкой смеси, включающей металлический порошок, который состоит из 80 мас.% частиц тугоплавких металлов крупностью до 9 мкм и 20 мас.% антипригарной краски на водяной основе, покрытие сушат, электрод закрепляют на установке, процесс ведут при силе тока 1,5 кА, при этом перенос легирующих элементов из покрытия происходит по поверхности заготовки.

Изобретение относится к области электрометаллургии, а именно к получению полой заготовки методом электрошлакового переплава с применением старта на твердом флюсе.

Изобретение относится к электрометаллургии, а именно к электрошлаковым печам (ЭШП) для плавки металла. Установка ЭШП содержит колонну, каретку электрододержателя с кронштейном, соединенные тросом через систему блоков и систему натяжения с контргрузом и барабаном привода перемещения каретки, отличается тем, что она снабжена зажимами и тензодатчиком, выполненным с возможностью контроля усилий, воспринимаемых тросом, при этом барабан привода перемещения каретки расположен у основания колонны, имеет двухстороннюю намотку и соединен с кареткой посредством замкнутого троса, один конец которого проходит через систему блоков, расположенную в верхней части колонны, и соединен с зажимом, расположенным с передней стороны каретки электрододержателя, а второй конец троса соединен с зажимом, расположенным на каретке с противоположной стороны колонны, при этом тензодатчик установлен на зажиме с передней стороны каретки.

Изобретение относится к области спецэлектрометаллургии, в частности к печам электрошлакового переплава, и может быть использовано при переплаве отходов металлообрабатывающих производств в виде стружки легированных сталей.

Изобретение относится к области металлургии, а конкретнее, к печам электрошлаковой выплавки стали для получения полых слитков. Печь выполнена с возможностью непрерывного измерения по ходу переплава расходуемых металлических электродов температуры шлака и металла в кристаллизаторе, концентрации кислорода и углерода в металле и контроля положения уровня границы раздела шлак-металл, и снабжена системой контроля уровня заглубления торцов упомянутых электродов в шлакометаллический расплав в кристаллизаторе, связанной с компьютерной системой с интерфейсом, обеспечивающей управление процессом переплава электродов в печи с учетом упомянутых измеренных данных, при этом расходуемые металлические электроды выполнены с возможностью вращения вокруг своей оси и с осевыми отверстиями по всей длине, посредством которых соединены с патрубками устройства для подачи раскислителей и шлакообразующих сыпучих материалов в зону переплава торцов упомянутых электродов.

Изобретение относится к электрометаллургии и может быть использовано при электрошлаковом переплаве расходуемого электрода для выплавления слитка. Датчики уровня шлаковой ванны размещают в стенке кристаллизатора, а переплав осуществляют с использованием дополнительного источника питания и двух затравок для обогрева периферийной зоны шлаковой ванны, размещенных горизонтально напротив друг друга в стенке кристаллизатора вблизи торцов расходуемых электродов, при этом дополнительный источник питания включают параллельно относительно упомянутого источника питания с образованием двух независимых электрических контуров, каждый из которых включает один из расходуемых электродов, шлаковую ванну, размещенные в поддоне затравки и затравки для обогрева периферийной зоны шлаковой ванны, причем в период приплавления размещенных в поддоне затравок к нижней части выплавляемого слитка отключают электрический контур между шлаковой ванной и затравками для обогрева периферийной зоны шлаковой ванны, а при получении сигнала от датчиков уровня шлаковой ванны о наличии разбаланса в скоростях плавления расходуемых электродов увеличивают скорость плавления электрода с меньшим заглублением в шлаковую ванну при одновременном уменьшении скорости плавления электрода с большим заглублением до устранения разбаланса.

Изобретение относится к области спецэлектрометаллургии и может быть использовано при конструировании электрошлаковой печи для выплавки слитков. .

Изобретение относится к области черной и цветной металлургии, в частности к печам электрошлакового переплава металлосодержащих отходов с применением нерасходуемых электродов.

Изобретение относится к спецэлектрометаллургии, а именно к кристаллизаторам для электрошлаковых печей (ЭШП). Кристаллизатор состоит из водоохлаждаемых секций, помещенных в несущую платформу.

Изобретение относится к спецэлектрометаллургии, а именно к кристаллизаторам для электрошлаковых печей (ЭШП). Кристаллизатор состоит из водоохлаждаемых секций, помещенных в несущую платформу.

Изобретение относится к области электрометаллургии, а именно к легированию поверхности заготовки при помощи плавящегося электрода с покрытием в процессе электрошлакового переплава на электрошлаковой установке, оснащенной механизмом вращения электрода со скоростью, определяемой из выражения, при этом до начала переплава методом окраски наносят на переплавляемый электрод покрытие в виде жидкой смеси, включающей металлический порошок, который состоит из 80 мас.% частиц тугоплавких металлов крупностью до 9 мкм и 20 мас.% антипригарной краски на водяной основе, покрытие сушат, электрод закрепляют на установке, процесс ведут при силе тока 1,5 кА, при этом перенос легирующих элементов из покрытия происходит по поверхности заготовки.

Изобретение относится к области электрометаллургии, а именно к легированию поверхности заготовки при помощи плавящегося электрода с покрытием в процессе электрошлакового переплава на электрошлаковой установке, оснащенной механизмом вращения электрода со скоростью, определяемой из выражения, при этом до начала переплава методом окраски наносят на переплавляемый электрод покрытие в виде жидкой смеси, включающей металлический порошок, который состоит из 80 мас.% частиц тугоплавких металлов крупностью до 9 мкм и 20 мас.% антипригарной краски на водяной основе, покрытие сушат, электрод закрепляют на установке, процесс ведут при силе тока 1,5 кА, при этом перенос легирующих элементов из покрытия происходит по поверхности заготовки.

Изобретение относится к специальной металлургии и может быть использовано при электрошлаковом переплаве отработанных изделий из различных металлов и сплавов в слитки, например роликов МНЛЗ.

Изобретение относится к специальной электрометаллургии и может быть использовано при переплаве медных сплавов для выплавки крупногабаритных слитков для последующего изготовления кристаллизаторов и других крупногабаритных изделий.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при производстве титана, легированного углеродными нанотрубками при камерном электрошлаковом переплаве (КЭШП) расходуемого электрода.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для установок электрошлакового переплава. Установка содержит литейную форму, открытую кверху, и по меньшей мере один расходуемый электрод, простирающийся внутрь литейной формы, при этом ось расходуемого электрода ориентирована наклонно к вертикальной оси и угол между осью расходуемого электрода и вертикальной осью составляет от 20° до 60°.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к получению расходуемого электрода для электрошлакового переплава с формированием многослойной отливки.

Изобретение может быть использовано для получения образцов для исследований свойств сталей, подвергаемых нейтронному облучению, в частности корпуса атомного реактора.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к электрошлаковому кокильному литью стальных отливок, и может быть использовано в литейном производстве для рафинирования и модифицирования сталей.

Изобретение относится к электрометаллургии, а именно к электрошлаковому переплаву в водоохлаждаемом кристаллизаторе металлосодержащих отходов, включая автомобильные катализаторы, обломки тиглей и другие отходы, содержащие драгоценные металлы. В способе осуществляют подвод электроэнергии к графитовому электроду и подачу в кристаллизатор шлакообразующих и углеродсодержащих материалов, наведение шлаковой ванны, подачу измельченных металлосодержащих отходов до образования жидкой ванны, выдержку расплава и скачивание шлака. В качестве металлосодержащих отходов используют отходы, содержащие драгоценные металлы, причем для снижения вязкости и удельного сопротивления шлакового расплава, соответственно до 0,11 Па⋅с и до 0,1…1,0 Ом⋅см, совместно с упомянутыми отходами осуществляют подачу легкоплавкого порошкообразного материала, например СаF2. Изобретение позволяет повысить эффективность переработки отходов с низким содержанием драгоценных металлов, увеличить степень извлечения чистого металла и сократить затраты на обработку. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Наверх