Файл: Вяткин И.П. Рафинирование и литье первичного магния.pdf

Печь СМТ-1 с первых лет существования отечест­ венной магниевой промышленности была основным аг­ регатом для рафинирования магния (рис. 1). Изменя­ лись ее размеры и мощность, емкость тигля и количество спиралей, однако неизменными были недостатки: высо­

кий удельный расход электроэнергии, большие эксплуа­ тационные расходы, периодичность действия.

Попытки заменить тигельную печь другой, более про­ изводительной печью непрерывного действия, предпри­ нимали не раз. Переход электролизных цехов магниевых заводов на выборку металла из электролизеров с по­ мощью вакуум-ковшей позволил исключить операции по расплавлению твердого магния-сырца и транспорти­ ровать металл в литейный цех в жидком виде. Исследо­ вательские работы позволили в связи с передачей маг­ ния в жидком виде значительно упростить операции вы-

аѳ

полняемые на литейном переделе; они стали заключаться лишь в отстаивании и подогреве металла до требуе­ мой температуры. Это безусловно повысило экономич­ ность литейного передела, однако удельный расход элек­ троэнергии на тонну выпускаемой продукции и расходы на содержание печей были по-прежнему достаточно большими.

В годы освоения вакуумной выборки магния-сырца вместе с магнием в вакуум-ковш захватывалось до 15% электролита. Для отделения электролита от магния на одном пз магниевых заводов в 1954 г. были сооружены так называемые разделительные ванны (рис. 2) [26].

разогрева электролита н магния, достаточной емкостью и возможностью непрерывной работы, явилась ос­ новой тех агрегатов, которые работают в настоя­ щее время в титано-магниевой промышленности. Воз­ можность использования разделительной ванны для переработки магния-сырца и разливки из нее рафи­ нированного магния была высказана Я. А. Цептером в 1954 г. Им были проведены опыты, показавшие веро­ ятность получения магния хорошего качества без опера­ ций перегрева и флюсования.

Рафинирование можно осуществлять тремя способа­ ми: флюсованием, флотацией п отстаиванием. Флюсова­ ние состоит в обработке жидкого металла флюсами определенного состава. Этот способ очень широко при­

30

меняют на машиностроительных заводах при использо­ вании чушковых металлов и сплавов, в частности маг­ ния, для очистки от неметаллических включений. Флота­ ция заключается в обработке сплавов инертными либо активными газами, пропускаемыми через жидкий ме­ талл. Отстаивание —• наиболее простойспособ очистки сплава от примесей путем естественного осаждения по­ следних благодаря разнице в плотности примеси и жид­ кого металла.

Выполненные в 1957 г. работы [2] подтвердили воз­ можность переработки магния-сырца только путем его отстаивания; с этого времени данная технология была принята магниевой промышленностью.

Однако при выборе агрегата для переработки маг­ ния-сырца предпочтение было отдано печи СМТ-1. Ве­ роятно, одной из причин отказа от разделительной ван­ ны явилась трудность транспортировки жидкого магния в вакуум-ковшах из электролизного отделения в литей­

эксплуатации же печей СМТ-1 из литейного отделения в электролизное в термостате транспортировали пустой тигель, и после слива в него магния из вакуум-ковша тигель возвращали обратно в литейное отделение и ус­ танавливали в шахту печи СМТ-1. При этом в случае затвердевания в тигле даже всей массы металла его расплавляли в печи.

Конструкции шахтных тигельных печей постоянно совершенствовали, уточняли некоторые их параметры; качество получаемого в печах рафинированного магния также улучшалось [27].

Одновременно исследователи изучали возможности применения в магниевой промышленности печей, исполь­ зуемых в других отраслях. Так, Г. М. Вайнштейн про­ вел сравнительный анализ работы различных агрега­ тов и пришел к неожиданному выводу: лучшей остава­ лась шахтная тигельная печь сопротивления, а также отражательная печь с газовым обогревом.

Однако внедрение отражательных печей, хотя и боль­ шой емкости (до 10 т), снова привело бы к технологии рафинирования флюсованием, а большое открытое зер­ кало жидкого металла, безусловно, вызвало бы увели­ чение безвозвратных потерь магния.

Агрегатом, который вслед за разделительной ванной

31

был подвергнут испытаниям, явилась многокамерная печь [26]. Трехкамерная печь, в которой в качестве на­ гревателя служил расплавленный флюс, не была испы­ тана. Первая и вторая камеры этой печи предназначались соответственно для перегрева и флюсования, охлаж­ дения и отстаивания. Из третьей камеры предпола­ гали разливать рафинированный магний. Но поскольку от операций перегрева и флюсования решено было отка­ заться, печь выполнили двухкамерной, с расположением нихромовых нагревателей на своде печи (рис. 3). Ем­ кость печи составляла 200 кг. При испытаниях этой печи

был проверен принцип ее работы, сняты энергетичес­ кие и технологические параметры, изучено качество по­ лучаемого металла. Однако из-за выявленных недостат­ ков— невозможности быстрой замены или ремонта нагревателей, необходимости частой притирки запорно­ го устройства для перелива металла из одной камеры в другую, малой стойкости материалов — испытания пе­ чи были прекращены.

Одновременно с этим была предпринята попытка ис­ пользовать в качестве аппарата для переработки маг-

32

ння-сырца специального вакуум-ковша с двумя-летками, расположенными на’ различной высоте: через нижнюю летку должны были сливаться продукты отстаивания магния-сырца, через верхнюю'.— рафинированный маг­ ний. Такой ковш в настоящее время широко ис­ пользуют для транспортировки магния из одного цеха в другой. Конечно, для нагрева, отстаивания и транс­ портировки .магния вакуум-ковш может быть использо­ ван, хотя удельный расход электроэнергии при этом бу­ дет таким же, как у печи СМТ-1; однако применение вакуум-ковша в качестве разливочного агрегата нецеле­ сообразно, поскольку в этом случае не исключается пе­ риодичность процесса и непостоянен расход струи ме­ талла из ковша.

М. Д. Либерман и др. [29] изучили гидродшгамнчес-

. кие условия истечения металла из такого ковша на мо­ дели; дополнительный напор создавали давлением арго­ на на поверхность жидкости. В качестве аналогов жид­ кого металла и окислов применяли воду и порошок графита. Опыты показали, что-при истечении струи воз­ можно увлечение окислов из нижних слоев и со дна мо­ дели в верхнюю летку. Это явление проверили на двух жидкостях, свойства которых подобны моделируемым магнию и электролиту. Была выбрана система вода — 50%-ный водный раствор глицерина. Эти опыты-подт­ вердили указанное выше явление. Проверка результатов -моделирования в промышленных условиях показала, что можно получать магний, удовлетворяющий ГОСТ, и вакуум-ковш можно применять для рафинирования.и литья магния при небольших масштабах производства.

К концу шестидесятых годов были разработаны и внедрены две принципиально различные печи: печь с по-, гружными нагревателями и печь с солевым нагревом.

3. ПЕЧЬ С ПОГРУЖНЫМИ НАГРЕВАТЕЛЯМИ

Как видно на рис. 4, конструкция этой печи создана, на основе конструкции бестигельной многокамерной пе­ чи. Печь с погружными нагревателями представляет со­ бой стальной кожух, футерованный магнезитом, и со­ стоит из трех, каскадно расположенных камер. В пер­ вую камеру заливают, магний-сырец, здесь же происходит отстаивание. хлоридов и осаждение.. железа. Первая камера отделена от второй перегородкой из магнезита

с отверстием для перелива магния, расположенным ни­ же уровня зеркала металла, так, что первая камера может полностью освобождаться от металла, например для горячего ремонта. Во второй камере происходит окончательное рафинирование магния от остатков элек­ тролита, затем рафинированный магний перетекает че­ рез порог по каналу в разливочную камеру, из которой

Рис. 4. Печь с погружными нагревателями:

1, 2 — каналы; 3 — электрод

металл транспортируется по обогреваемому металлопро­ воду и с помощью электромагнитного насоса разливает­ ся на конвейере в чушки.

Верхняя часть боковой футеровки (выше максималь­ ного уровня) и свод печи изготовлены из шамота. В сво­ де печи расположены патрубки для установки трубча­ тых нагревателей, а также люки с герметичными крыш­ ками для заливки магниятсырца и удаления шлама.

Следует отметить, что при разработке конструкции печи одним из основных был вопрос о способе нагрева металла. Использование нихромовых нагревателей, ко­ торые можно было бы установить в своде печи, для маг­ ния исключалось: хлориды оседают иа электродах, в связи с чем после остановки печи в результате гидроли­ за хлоридов при повторном пуске происходили бы час­ тые замыкания и перегорание электродов.

В описываемой печи были установлены трубчатые нагреватели. Во время испытаний печи были проверены в работе два типа трубчатых нагревателей: с графито­ вым элементом и с солевым сопротивлением. Конструк­ ция ■нагревателя с солевым • сопротивлением значи­ тельно проще и надежнее в работе. Нагреватель со-, стоит из стального стакана диаметром 200—250 мм,

34

длиной 2,8—3,0 м, в который заливают 10—15 кг соле­ вого расплава, и стального штыря, нижний конец кото­ рого погружен в соль. Токоподводами служат корпус стакана и штырь.

В печь обычно устанавливают 4—5 таких нагревате­ лей. Подвод переменного тока осуществляется от двух трансформаторов типа ОСЗ 250/0,5 или ТО-190. Напря­ жение на нагревателе обычно равно 14—20 В при силе тока 1,5—3,5 кА.

В настоящее время используют схемы и последова­ тельного, и параллельного включения нагревателей. Па­ раллельное включение удобнее, так как можно произво­ дить замену одного или нескольких нагревателей без отключения остальных. К сожалению, срок службы на­ гревателей невелик — не более 30—35 дней, после чего необходим капитальный ремонт.

Кроме замены нагревателей, большие трудности воз­ никают при удалении шлама из печи. Эта операция на­ иболее трудоемкая, выполняется вручную, производи­ тельность ее очень низкая.

Конструкция печи была усовершенствована — в сво­ де сделаны дополнительные отверстия, закрываемые пробками. Это значительно облегчило доступ к рабоче­ му пространству печи и позволило проводить такие опе­ рации, как чистку стен печи, поверхности нагревателей, их замену, а также частично механизировать удаление шлама путем использования грейферного устройства.

Печи описанной конструкции работают на предпри­ ятиях магниевой промышленности. Как видно из табл. 11, печи с погружными нагревателями имеют сущест­ венное преимущество перед печами СМТ-1— произво­ дительность их намного больше, а удельный расход электроэнергии, удельный расход флюса для защиты металла от горения, а также угар —■меньше.

Однако печь с погружными нагревателями имеет и существенные недостатки.

1. Жидкий магний, находящийся в печи, контакти­ рует с футеровкой, что может ухудшать его качество.

2. Нагрев погружными нагревателями нельзя счи­ тать наилучшим решением не только из-за малого сро­ ка их службы. Для поддержания постоянной темпера­ туры во всей массе металла температура около электро­ да, как правило, значительно выше, а это может привести к повышенному содержанию железа в магнии.