Конструкции и принцип работы оборудования для изготовления слитков из алюминия и его сплавов. Атлас конструкций

Министерство образования и науки Российской Федерации 
Сибирский федеральный университет 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
КОНСТРУКЦИИ И ПРИНЦИП РАБОТЫ 
ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СЛИТКОВ 
ИЗ АЛЮМИНИЯ И ЕГО СПЛАВОВ 
Атлас конструкций 
 
Допущено Учебно-методическим объединением по образованию 
в области металлургии в качестве учебного пособия для студентов 
высших учебных заведений, обучающихся по специальности 
150104 «Литейное производство черных и цветных металлов» 
и направлению 150400 «Металлургия», 16.12.2011 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Красноярск 
СФУ 
2012 

УДК 621.002.3:669.018(07) 
ББК 34.7я73 
        К651 
 
 
Авторы: 
Т. Р. Гильманшина, Л. И. Мамина, Н. Н. Довженко, С. Б. Сидельников,  
С. В. Беляев, В. А. Падалка, В. Н. Баранов, А. И. Безруких, А. С. Терентьев 
 
 
Рецензенты: Б. А. Кулаков, доктор технических наук, профессор, чл.-кор. 
РАЕН, зав. кафедрой «Литейное производство» Южно-Уральского государственного университета; С. В. Брусницын, доктор технических наук, профессор 
кафедры «Литейное производство и упрочняющие технологии» Уральского федерального университета имени первого Президента России Б. Н. Ельцина 
 
 
К651 
 
Конструкции и принцип работы оборудования для изготовления слитков из алюминия и его сплавов. Атлас конструкций : учеб. 
пособие / Т. Р. Гильманшина, Л. И. Мамина, Н. Н. Довженко [и др.]. – 
Красноярск : Сиб. федер. ун-т, 2012. – 238 с. 
ISBN 978-5-7638-2648-7 
 
В атласе представлены конструкции и основные характеристики 
оборудования, предназначенного для изготовления слитков из алюминия 
и его сплавов (оборудование для приготовления сплавов, очистки и рафинирования расплавов, изготовления, резки и термической обработки слитков, переработки отходов и т.д.). Может использоваться для проведения 
практических и лабораторных занятий по курсам «Технологическое оборудование литейных цехов» и «Проектирование литейных цехов».  
Предназначен для студентов, обучающихся по направлению 150400 
«Металлургия» и специальности 150104 «Литейное производство черных 
и цветных металлов». 
 
 
 
УДК 621.002.3:669.018(07) 
ББК 34.7я73 
 
 
ISBN 978-5-7638-2648-7 
© Сибирский федеральный  
университет, 2012 

ОГЛАВЛЕНИЕ 

Введение .............................................................................................................. 4 

1. Оборудование  для приготовления сплавов ............................................ 6 
1.1. Печи для плавки алюминия и его сплавов .................................................... 6 
1.2. Оборудование для заливки, загрузки, обработки  и перемешивания расплава ............................................................................................................... 27 
1.3. Электромагнитные перемешиватели ............................................................ 39 
1.4. Транспортирующие ковши ............................................................................... 47 
1.5. Оборудование для переработки шлаков ...................................................... 50 

2. Оборудование для очистки  и рафинирования расплава ................... 57 
2.1. Оборудование для внепечного  рафинирования расплава .................... 57 
2.2. Оборудование и материалы  для внепечной фильтрации 
расплава ........................................................................................................................... 84 

3. Оборудование  для  получения  слитков  из  алюминиевых 
сплавов .............................................................................................................. 95 
3.1. Оборудование для изготовления плоских,  цилиндрических 
слитков, Т-образных чушек ...................................................................................... 96 
3.2. Оборудование для резки слитков ................................................................. 122 
3.3. Оборудование для термической обработки слитков ............................. 125 
3.4. Оборудование для переработки отходов ................................................... 126 
3.5. Оборудование для получения  мелкогабаритной чушки ..................... 132 
3.6. Оборудование для комбинированных и совмещенных  
методов обработки цветных металлов и сплавов ........................................... 146 

4. Оснастка и обеспечение ........................................................................... 150 
4.1. Оснастка................................................................................................................. 150 
4.2. Обеспечение ......................................................................................................... 182 

5. Лабораторное оборудование .................................................................... 187 
5.1. Оборудование для изучения строения сплава ......................................... 187 
5.2. Оборудование для исследования  механических свойств ................... 199 
5.3. Оборудование для элементного анализа сплавов ................................... 223 

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ...................................................... 231 
 

ВВЕДЕНИЕ 

Алюминиевая промышленность является стратегически важной 
отраслью экономики России. Конструкционные материалы на основе 
алюминия и его сплавов широко используются в различных областях 
промышленности. 
В отличие от большинства отраслей промышленности экономические реформы в алюминиевом комплексе позволили не только сохранить производственные мощности, обеспечив их полную загрузку, 
но и осуществить модернизацию.  
Алюминий – металл будущего, на его основе создаются новые 
материалы и новая техника, которые радикально и благоприятно изменяют условия жизнеобеспечения человека и способствуют решению глобальных мировых проблем – энергосбережения и экологической безопасности. 
Процесс интеграции российского алюминиевого бизнеса хорошо вписывается в общий процесс глобализации мировой экономики, 
что повышает конкурентоспособность отечественного алюминия. 
Россия – крупнейший производитель алюминия в мире (второй после 
Китая) и самый крупный экспортер этого металла. По производству 
первичного металла «РУСАЛ» занимает второе место в мире и по 
своей структуре является транснациональной компанией, в ее состав 
входит несколько зарубежных предприятий. 
«РУСАЛ» использует современнейшее отечественное и зарубежное оборудование и технологии, что позволило создать предприятие, отвечающее самым высоким международным стандартам в области производства алюминия и продукции на его основе, экологии, 
охраны труда и промышленной безопасности. 
Одно из важнейших конкурентных преимуществ «РУСАЛ» – 
наличие собственной инженерно-технологической базы, которая позволяет компании самостоятельно осуществлять полный цикл работ в 
сфере научных и опытно-конструкторских разработок: от формирования научной идеи до ее промышленного воплощения.  
Научно-исследовательские работы ведутся на базе Инженернотехнологического центра «РУСАЛ» в Красноярске, Всероссийского 
алюминиево-магниевого института в Санкт-Петербурге во взаимодействии с ведущими российскими вузами: Московским государственным университетом, Сибирским федеральным университетом, 

Московским институтом стали и сплавов и др. Помимо собственных 
разработок на предприятии «РУСАЛ» используются лучшие решения 
западных мировых лидеров в производстве оборудования для алюминиевой 
промышленности, 
таких, 
как 
«AREVA», 
«ALSTOM», 
«Hencon», «NKM Noell», «Brochot» и др. 
Авторы книги выражают свою благодарность всем фирмампроизводителям, предоставившим информацию о выпускаемом ими 
оборудовании. 

1. ОБОРУДОВАНИЕ  
ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ СПЛАВОВ 

Современные технические требования по качеству металла, выдвигаемые заказчиками перед алюминиевой промышленностью, являются весьма жесткими. Поэтому все процессы получения алюминия 
и его сплавов, начиная с хранения шихтовых материалов и заканчивая 
транспортировкой продукции, требуют особого внимания и постоянного контроля. 

1.1. Печи для плавки алюминия и его сплавов 

Современные печи, предназначенные для плавки алюминия и 
его сплавов, должны удовлетворять таким требованиям, как малые 
потери расплавляемого материала, сохранение качества расплава, 
низкий уровень теплового и шумового воздействия на оператора в 
процессе работы, эффективное использование электроэнергии, удобство при обслуживании и ремонте. Низкие потери на аккумуляцию в 
футеровке достигаются благодаря качественной футеровке с применением специальной комбинации из плотных огнеупорных материалов и плит из керамических волокон, что обеспечивает быстрый разогрев и эффективную работу печи. 

Газовая печь отражательного типа 
Плавильная отражательная печь предназначена для плавки алюминия (рис. 1.1, табл. 1.1). Она выпускается фирмой «Almag» (г. Москва, Россия), являющейся официальным дилером многих китайских 
предприятий. 
К ее достоинствам можно отнести: 
– простоту конструкции, что обуславливает доступное обслуживание и ремонт оборудования; 
– высокоэффективную систему горелок регенерационного типа, 
оснащенную системой автоматического контроля; 
– безопасность печи, т.к. сварная дверь печи не требует подвода 
воды для охлаждения; 

Рис. 1.1. Внешний вид плавильной печи отражательного типа фирмы «Almag» [26] 

Т а б л и ц а  1.1 
Характеристики плавильной печи фирмы «Almag» [26] 

Параметры 
Значения 

Виды применяемых энергоносителей 
Газ, дизельное топливо 

Максимальная управляемая температура, ºС: 
расплав 
топка 
800 
1 200 

Материал печи 
Стальные листы толщиной 7 мм и профили 

Объем загрузки (жидкий  алюминий), т 
3–40 

Габаритные размеры печи 
В зависимости от объема загрузки 

Структурная форма 
Наклоненный свод двери печи и квадратная печь 

Топливо 
Природный газ 8 500 ккал/м³ 

Сжигание, м3/т·Al 
70–80 

Скорость расплавления, т/ч 
2,0–3,5 

Тип горения 
Комплект горелок (2 шт./т), работающих  по очереди 

Тип управления 
PLC (автоматический или ручной) 

– циркуляцию нагретого воздуха в печи с помощью мощных 
вентиляторов, что позволяет поддерживать одинаковую температуру 
во всем объеме расплава; 
– полную автоматизацию работы печи; 
– максимально возможное загрузочное окно, которое позволяет 
легко помещать в печь крупногабаритный лом и производить очистку 
жидкого алюминия от шлака; 
– удобное управление печью; 
– низкие расходы на эксплуатацию; 
– упрощенные требования к основанию на площадке. 
Корпус печи представляет собой конструкцию из  бронированных стальных листов и  профилей, за счет чего обеспечивается высокая жесткость и герметичность.  
Котел плавления строится из высококачественного огнеупорного кирпича и специального бетона с высоким содержанием оксида 
алюминия.  
Колошник сделан из высококачественного огнеупорного и легкого теплоизоляционного кирпича с наилучшими характеристиками 
по износостойкости.  
Дверь печи – это сборная сварная конструкция из  стальных 
листов. Внутренняя часть дверцы футерована ценным огнеупорным  
материалом и теплоизолирована кирпичом. Между дверцей и внутренней частью печи достигнута полная воздухонепроницаемость, за 
счет чего не происходит окисления алюминия в процессе плавки. 
Дверца открывается по направляющим при помощи мотораредуктора, тем самым обеспечивается точность и плавность открытия 
и закрытия печи. 
Нагрев происходит за счет двух горелок, работающих по очереди, что позволяет экономить энергоноситель в процессе плавки. Система нагрева печи с одним комплектом сопла аккумулирования тепла. 
Контроль аккумулирования тепла осуществляется автоматически. 
Точность контроля температуры сплава составляет ±3 ºС. Когда достигается нужная температура, нагрев автоматически останавливается; 
когда температура снижается до установленного предела – автоматически включается [26]. 

Камерные электропечи 
Камерная электропечь (миксер) предназначена для приема, корректировки по температуре и химическому составу, выдержки и рав

номерной выдачи алюминиевых сплавов и может использоваться в 
литейных цехах металлургических, машиностроительных и металлообрабатывающих заводов (рис. 1.2, 1.3, табл. 1.2). Миксер выпускается ОАО «Сибэлектротерм» (г. Новосибирск, Россия).  

 
а 

 
б 

Рис. 1.2. Внешний вид поворотных миксеров ОАО «Сибэлектротерм»:  
а – миксер САМП-100, Красноярский алюминиевый завод;  
б – миксер САМП-60, Иркутский алюминиевый завод [45–47] 

К преимуществам миксеров можно отнести:  
– возможность осуществления разливки расплава без нарушения 
окисной пленки и попадания ее в расплав и за счет этого получение 
высокой чистоты металла;  
– конкурентоспособность эксплуатационных параметров при 
обработке жидкого алюминия и сплавов на его основе;  
– осуществление разливки без нарушения окисной пленки и попадания ее в расплав и за счет этого получение высокой чистоты металла.