Преддипломная практика "Разработка технологии получения литейных сплавов из отходов цинковых сплавов"

В настоящее время Российская Федерация потребляет около 300 тыс. т цинка в год, половина которого предприятий закупают за рубежом. В тоже время на металлургических заводах складировано сотни млн. т цинксодержащих отходов, большую долю которых составляют шлаки переработки медно-цинковых концентратов и пыли черной металлургии.
Цинксодержащие шлаки и пыли (шламы), ввиду повышенного содержания в них цветных металлов, относятся к III и IV классам опасности. Депонирование этих материалов на шлаковых и шламовых отвалах приводит к задалживанию земельных площадей и увеличению нагрузки на окружающую среду. Их использование в строительстве возможно только после доизвлечения цветных металлов и железа, а также корректировки по составу.
...

1. Описание шихты
2. Описание перерабатывающего оборудования
3. Описание технологии переработки
4. Взрывобезопасность
5. Техника безопасности
6. Использование результатов переработки лома и отходов металлолома
7. Литейные сплавы

Шихтовыми материалами или шихтой называют металлические и неметаллические материалы, используемые для приготовления литейных сплавов. К металлическим относятся доменные чугуны, лом черных и цветных металлов, возврат литейных и механических цехов (бракованные детали и отливки, литники, прибыли, брикетированная стружка и др.) и легирующие элементы (хром, никель, молибден, титан и др.), вводимые в шихту для получения отливок с заданными механическими свойствами.

Особенностью индукционных печей этого типа является сложность перевода их с плавки одного сплава на другой, что связано с необходимостью замены металла в канале новым. По этой причине рекомендуется применять канальные печи для плавки цинка или его сплавов постоянного химического состава. Ниже приведены основные характеристики индукционных канальных печей типа ИЦ, ИЦК, ИЛК для плавки и выдержки цинка и сплавов на его основе: Конструктивно канальные печи представляют собой футерованную ванну, заключенную в кожух и снабженную одной или несколькими индукционными единицами. Рассмотрим стационарную индукционную печь с насосом для переплавки катодного цинка емкостью 20 т. Печь имеет шесть однофазных трансформаторов, соединенных в две независимые параллельные трехфазные группы и подключенных к трехфазной сети. Обе группы могут быть соединены между собой и будут подавать к печи 100% мощности (или 50% при включении только одной группы). Печь имеет 2 камеры: плавильную и разливочную. Камеры разделены стенкой, в которой вблизи дна сделан проем. Через проем чистый цинк стекает из плавильной камеры в разливочную, откуда и выкачивается насосом. Все примеси и неметаллические включения при этом остаются в плавильной камере. Насос представляет собой многолопастный пропеллер из чугуна, вращаемый электродвигателем.Печь загружается сверху при помощи загрузочного устройства, представляющего собой наклоняющийся стол, на который краном укладывается цинк, подлежащий расплавлению. Затем маховичком или электродвигателем стол поворачивается на оси, и цинк загружается в ванну. В этот момент патрубок присоединяется к вентиляционной вытяжной системе; в результате отсоса пары цинка и печная атмосфера не попадают в цех. На случай попадания в расплавленный цинк влаги и внезапного парообразования предусмотрена заслонка, играющая роль предохранительного клапана. Для слива "болота" при ремонте футеровки служит отверстие, закрываемое при работе печи огнеупорной пробкой.Чтобы полностью слить металл из каналов, печь слегка наклоняют в сторону сливного отверстия с помощью специального домкрата. Индукционная единица расположена так, что устья ее канала находятся по обе стороны перегородки, благодаря чему происходит, подогрев металла в разливочной камере и улучшается перемешивание его в ванне.Индукционные канальные печи наряду с тигельными электропечами сопротивления находят широкое применение в качестве раздаточных печей при литье под давлением, при заготовительном литье, жидкой штамповке и др. На рис. 1 показана раздаточная индукционная печь, устанавливаемая непосредственно у литейных машин.Рисунок 1 - Раздаточная индукционная печь Для производства мелкого цинкового литья различными способами применяют стационарные индукционные канальные печи емкостью 200-400 кг. Расход электрической энергии на плавку и перегрев цинка до температуры 480 С, включая работу всех вспомогательных устройств, составляет 95-120 кВт • ч/т.Описание технологии переработкиРасплавленный цинк поступает из плавильной камеры в копильник по специальному каналу. Футеровку топливных отражательных печей выполняют из шамотного кирпича.При небольшом количестве изготавливаемых цинковых сплавов применяют стационарные и поворотные тигельные топливные печи. Для плавки цинковых сплавов применяют графитовые, шамотно-графитовыe, чугунные или стальные (более стойкие, чем чугунные) тигли. Для повышения стойкости тигля и предотвращения взаимодействия расплавов с материалом тигля его внутреннюю поверхность покрывают огнеупорными обмазками, составы некоторых из них приведены ниже, % (по массе):1) кварцевый песок 60, огнеупорная глина 30, жидкое стекло 10;2) магнезитовая крошка 59, асбест молотый 12, жидкое стекло 10, шамотный порошок 18, кремнефтористый натрий 1,0; 3) огнеупорная глина 20, магнезитовая крошка 60, порошкообразный графит 10, жидкое стекло 10; 4) порошкообразный графит 70, тальк 20, жидкое стекло 10; 5) огнеупорная глина 18, порошкообразный графит 17, жидкое стекло 5, шамотный порошок 60.Огнеупорную обмазку готовят в смесителе путем перемешивания сухих составляющих и последующего увлажнения сухой массы жидким стеклом. Приготовленную обмазку в тестообразном состоянии наносят толщиной до 3-10 мм на внутреннюю поверхность тигля. Трещины в обмазке и другие дефекты заделывают обмазкой исходного состава с последующей сушкой. Для получения гладкого поверхностного слоя обмазки ее покрывают специальными красками.В состав красок входят в качестве наполнителя водные растворы порошкового мела, или оксида цинка (II), талька, глинозема, магнезита и другие с добавкой крепителей, например, жидкого стекла. Некоторые составы красок приведены ниже, % (по массе): 1) жидкое стекло 5, мел отмученный 60, асбест молотый 15, вода 20; 2) жидкое стекло 5, огнеупорная глина 19, вода 76; 3) оксид цинка (II) 10, жидкое стекло 6, огнеупорная глина 4, вода 80; 3) оксид цинка (II) 1, жидкое стекло 4, вода 89; 4) жидкое стекло 4, мел отмученный 12, вода 84.Краски наносят на нагретую до 120-150 °С внутреннюю поверхность тигля, а затем просушивают и даже прокаливают до 350-400 С, если в состав входят связующие вещества.Рисунок 2 - Двухмерная отражательная печьВзрывобезопасностьПри производстве отливок по выплавляемым моделям в литейных цехах должны быть выделены в изолированные помещения следующие производственные операции: приготовление модельного состава и изготовление моделей; приготовление наполнительных смесей, формовка и выбивка отливок; выплавление моделей, прокалка форм, плавка и заливка металла; очистка отливок, отделение отливок от литников.Столы для приготовления модельного состава должны быть обнаружены вытяжными шкафами. Скорость движения воздуха в рабочем проеме - не менее 5м/с. Загружать плавильные установки компонентами модельного состава следует не более чем на 0,75 объема ванны.Стеллажи для сушки моделей с нанесенным слоем огнеупорного покрытия должны быть оборудованы вентилируемыми укрытиями, скорость воздуха в рабочем проеме укрытия должна быть не менее 0,5м/с.При изготовлении выплавляемых моделей на машинах и оборудовании места загрузки модельных составов и исходных материалов оборудуют вытяжным зонтом. Количество удаляемого воздуха определяют на условия, что скорость в рабочем проеме должна быть не менее 0,7 м/с.Оборудование для состава снабжают системой терморегуляции, отключающей нагрев при достижении предельно - допустимой температуры, которая на 30-40o С ниже температуры воспламенения. На установках для огнеупорного покрытия методом окунания предусматривают панель с щелевым отсосом; скорость воздуха должна быть не менее 1,0м/с.Камеры для воздушно - аммиачной сушки должны быть оборудованы вытяжной вентиляцией; количество отсасываемого воздуха должно быть равным (400 / 500 V) м 3/ч (где V - объем камеры, м 3).Требования безопасности к конструкции машин литья под давлением должны соответствовать ГОСТ 15595-78.Для вытяжки вредных паров и газов машину литья под давлением оборудуют вертикальной вентиляционной панелью со стороны, противоположной рабочему месту оператора; количество отсасываемого воздуха должно быть не менее 3000 м3/ч на 1 м2 панели. Машины должны быть изолированы друг от друга щитами из листовой стали высотой не менее 2 м.При изготовлении отливок литьем в кокиль, на установках литья под низким давлением, центробежным способом операции заливки металла (формы) и нанесения покрытия на рабочие поверхности должны быть механизированы. На позициях, предназначенных для выполнения этих операций, устанавливают вентиляционные панели; количество удаляемого воздуха должно быть не менее 2000 м3/ч на 1 м2панели.Установки центробежного литья оборудуют защитными ограждениями, а литье под низким давлением - блокировками и предохранительными устройствами.При литье в оболочковые формы следует учитывать ряд факторов, связанных со спецификой процесса.Пылеобразование при приготовлении плакированной формовочной смеси на рабочих местах составляет 24-727 мг/м2, причем выделяемая пыль в основном высокодисперсна (до 92 % пылинок размером не менее 4 мкм).При заливке металла в керамические формы в результате выгорания связующего в рабочую зону выделяются пары фенола, окиси углерода, бензопирена, различные углероды, поэтому заливка и выбивка оболочковых форм на участках, не оборудованных местной вытяжкой вентиляцией, не разрешается.В смесеприготовительном отделении необходимо удалять пыль и пары растворителей от смесителей. Количество воздуха, удаляемого от центробежного смесителя с вибрационным столом, должно быть не менее 4000 м3/ч.В формовочно - стержневом отделении необходимо предусмотреть удаление газов от установок для изготовления оболочковых форм и стержней, а также прессов для воздуха от двухпозиционных автоматов должно быть не менее 5000 м3/ч; от пресса для склеивания полуформ - не менее 3000 м3/ч.При заливке на конвейерах или непосредственно на полу должен быть отсос по всей длине участка; интенсивность отсоса составляет 2000 м3/ч на 1 м длины.При заливке форм на карусельной установке устанавливают большой зонт, перекрывающий всю площадь машины.В выбивных отделениях количество воздуха, удаляемого при выбивке, должно быть не менее 5000 10 000 м3/ч на 1 м2 площади стола. От отрубных столов необходимо удалять 2500 м3/ч воздуха на 1 м2полной площади стола.Станки с наждачными или корундовыми кругами оборудуют кожухами - укрытиями с пылеотстойниками для сбора крупной пыли; объем отсасываемого воздуха должен быть не менее 1000 м3/ч от одного станка.Литье в керамические формы требует особых мер безопасности, вызванных применением пожаро - и взрывоопасных материалов (таблица 1)Таблица 1. Пожаро - и взрывоопасные вещества, гасящие материалы.ВеществоТемпература, осВзрывоопасное содержание в воздухе, % (объем, доля)Материалы, применяемые при тушении пожаравоспламенениясамовозгоранияСпирт этиловый114253,5-18Химическая пена, аэрозоли и углекислотаСпирт метиловый0,14756,0-36Этилсиликат185078,0-45Техника безопасностиПри плавке цветных металлов наиболее частыми травмами являются ожоги, поражение электрически током и ушибам. Основная причина ожогов - выбросы металла в процессе плавки и заливки метала в формы. Поэтому правилами техники безопасности предусмотрены сушка и подогрев: шихты при заливке и загрузке в жидкую выну, флюсов, модификаторов, легирующих добавок, плавильного инструмента и форм.Часто причина выбросов металла являются выход из строя систем водяного охлаждения, уход металла из плавильных печей при самопроизвольном наклоне их и в результате разрушения тиглей или футеровки (ГОСТ 12.2.007.9-88 и ГОСТ 12.2.007.10-87).Печи с системами водяного охлаждения должны быть оборудованы блокировочными устройствами, отключающими электропитание при падении давления воды или прекращении ее подачи во время плавки (ГОСТ 12.2.007.9-88 и ГОСТ 12.2.007.10-87).При плавке титана и других тугоплавких металлов в вакуумно-заливочных установках имеется опасность выбросов металла при прогорании стенок водоохлаждаемых тиглей или нарушении их герметичности. Поэтому для наклоняющихся печей предусматривают ограничители наклона и блокировку для автоматического отключения механизма поворота.Пульты управления плавильных печей устанавливают в таких местах, чтобы плавильщик не мог видеть струю металла, идущую из печи, и крановщика. Щиты и пульты оборудуют световыми и звуковыми сигнализирующими устройствами. Воронки для слива охлаждающей воды располагают в таких местах, чтобы струи воды плавильщик видел на рабочем месте. При плавке магниевых сплавов следует соблюдать меры безопасности от возгорания и взрывов.