1 (54), 2 (55), 2010 / 149
It is shown that processes of unprepared recycled ma-
terial melting and of refining processing make ecological 
danger. That is why one of the variants of ecological safety 
of refining processes is development and application of 
more low-toxic preparation and refining alloys.
Б. М. НЕМЕНЕНок, Г. А. руМЯНцЕвА, л. в. ТриБуШЕвский, с. П. ЗАдруцкий, БНТу
УДК 621.745.56
влИянИе технологИИ плавкИ  
в короткопламенной роторной печИ  
на состав пылегазовых выБросов
Применение роторных печей дает наибольшую 
гибкость при плавлении кускового алюминиевого 
лома различных сортов, стружки и шлаков с со-
держанием металла менее 20% [1, 2]. При работе 
роторной печи загруженное сырье благодаря вра-
щению барабана перемещается таким образом, что 
создается каскад. Шихта под воздействием цен-
тробежной силы и возникающего при этом трения 
поднимается на определенную высоту и затем па-
дает вниз. В результате на поверхность попадает 
новый слой загруженного материала, который кон-
тактирует с печными газами и футеровкой печи. 
Таким образом, происходит более быстрый и рав-
номерный нагрев шихты [3–5].
Для достижения удовлетворительной степени 
извлечения алюминия необходимо применение 
большого количества флюсов (до 400 кг на 1 т 
алюминия), что приводит к образованию больших 
объемов отходящих газов, для очистки которых 
требуется дорогостоящая и сложная аппаратура. 
Кроме того, возникает проблема переработки со-
левых шлаков, накапливающихся в больших коли-
чествах [2]. При такой технологии плавки флюсы 
необходимы не только для защиты металла от 
окисления, но и выполнения ряда других задач.
В качестве флюса применяется смесь солей 
NaCl и KCl, которая отличается термической ста-
бильностью и высокой химической стойкостью по 
отношению к алюминию, обеспечивает макси-
мально возможную разницу в плотности по срав-
нению с алюминием, не оказывает отрицательного 
влияния на футеровку печи, создает оптимальное 
натяжение в пограничном слое по отношению 
к алюминию и оксидам, а также обладает хорошей 
способностью поглощать примеси и оксиды алю-
миния [1, 6]. Высокое поверхностное натяжение 
между оксидной пленкой и алюминием и низкое 
значение данного показателя между флюсом и алю-
минием приводят к отделению оксидной пленки 
и коагуляции металлических частиц. Этот эффект 
усиливается благодаря вращению барабана печи 
[3, 5].
При переработке на марочные сплавы алюми-
ниевого лома и стружки важным показателем яв-
ляется также металлургический выход, который 
зависит от технологии плавки, количества и соста-
ва используемых флюсов.
В качестве объекта исследования была выбрана 
короткопламенная роторная печь емкостью 800 кг, 
работающая на жидком топливе. Загрузка которот-
копламенной роторной печи осуществлялась с по-
мощью поворотной тележки грузоподъемностью 
до 100 кг через загрузочное окно, которое затем 
закрывалось подводимым на консолях горелочным 
щитом с блочной жидкотопливной горелкой типа 
БГ-Ж-0,34. Во время расплавления металлоотхо-
дов печь располагалась горизонтально и была сое-
динена с горелочным щитом через загрузочное 
окно, а дымовое окно примыкало к борову, переходя-
щему в канал удаления дымовых газов. Дымовые 
газы отводились по ходу плавки с помощью венти-
лятора-дымососа, подавались в циклон и далее в ды-
мовую трубу. С целью локализации неконтролируе-
мых выбросов в месте сочленения горелочного щита 
с корпусом роторной печи предусмотрен зонт, соеди-
ненный с вытяжной вентиляцией. 
На первом этапе исследований анализ пылега-
зовых выбросов от короткопламенной роторной 
печи проводили во время переплава шихты, состо-
ящей из алюминиевых шлаков, сливов, спрессо-
ванных банок из-под напитков и другого низко-
сортного лома. При плавке использовали 8 % по-
кровного флюса, который загружали вместе с пер-
вой порцией шихты, составляющей 150 кг.
1 (54), 2 (55), 2010  150 /
Пробы пыли в отходящих газах отбирали в га-
зоходе от боровов перед циклоном на протяжении 
всей плавки. Параллельно определяли содержание 
в газах СО, NO и NOx с помощью электронного га-
зоанализатора MSI 150 «EURO». Результаты ана-
лизов показали резкие перепады концентраций 
анализируемых газов, что связано с частой разгер-
метизацией печи при дозагрузке в нее переплавля-
емых шлаков. При этом содержание СО и NOх по 
ходу плавки соответственно изменялось от 28 до 
2520 и от 13 до 35 ppm. Концентрация NO колеба-
лась в пределах 0–33 ppm.
Максимальные выбросы пыли отмечались в на-
чале плавки и на ее заключительной стадии при 
удалении сухого конечного шлака в контейнер. 
Если по ходу плавки запыленность не превышала 
0,16 г/м3, то при очистке печи от шлака в конце 
плавки запыленность в виде пиковых выбросов 
достигала 0,95 г/м3 и продолжалась в течение 3–5 мин. 
Для более детального анализа использовали пыль, 
которая осаждалась в циклоне. На рис. 1 приведе-
ны фотографии частиц пыли, полученные на ска-
нирующем электронном микроскопе VEGA-II LMU. 
Из рисунка видно, что частицы пыли суще-
ственно отличаются по размерам и степени почер-
нения. Последнее свидетельствует об их разном 
химическом составе. В дальнейшем были изуче- 
ны энергетические спектры рентгенофлуоресцент- 
ного излучения элементов, входящих в состав 
пыли для 10 частиц. На рис. 2 даны примеры энер-
гетических спектров для частиц пыли, обозначен-
ных на рис. 1 под номерами 1, 6, 10. Полный хими-
ческий состав исследованных частиц и их размеры 
приведены в табл. 1.
Как видно из таблицы, химический состав ча-
стиц пыли достаточно разнообразен и представлен 
широкой гаммой элементов как входящих в состав 
флюсов, так и содержащихся в переплавляемых 
отходах. При этом размерный диапазон частиц 
пыли достаточно широк и изменяется от 95 до 340 
мкм, а также встречаются частицы со средним раз-
мером примерно 640 мкм. 
Когда плавку ведут с небольшими добавками 
покровно-рафинирующего флюса, неизбежно об-
разование на поверхности металлического распла-
ва шлаковой фазы, которая представляет собой 
смесь, содержащую оксиды, хлориды, нитриды 
основных компонентов сплава, загрязнения, вно-
симые шихтой, компоненты флюсов, частицы фу-
теровки плавильного агрегата [7]. При механиче-
ском перемешивании слипшиеся оксидные блоки 
образуют окатыши, в которых концентрируются 
соль и продукты окисления – оксид и нитрид алю-
миния. В сыпучей составляющей шлака соли ока-
Рис. 1. Электронное изображение частиц пыли, отобранных 
из циклона при плавке в короткопламенной роторной печи
Т а б л и ц а  1.  Химический состав и размер отдельных частиц пыли, отобранной из циклона 
от короткопламенной роторной печи
Номер 
частицы
Содержание элементов, мас.% Средний 
размер 
частиц, 
мкм
C O Al Na K Ca Cl F Si Mg Fe Zn прочие элементы
1 − 37,64 7,05 1,21 1,52 5,49 0,28 − 0,25 0,81 12,40 2,07 29,81 Ti; 1,46 Cr 250
2 5,84 8,68 70,66 0,21 0,12 − 0,23 − 10,39 − 1,56 0,78 0,59 Mn; 0,93 
Cu
260
3 27,47 37,10 18,65 2,96 2,10 1,31 5,34 3,44 0,22 1,09 − − 0,31 P 340
4 22,92 36,85 24,91 3,18 1,17 1,88 5,54 1,87 0,36 0,94 0,38 − − 190
5 7,32 20,58 68,61 0,66 0,28 − 0,30 1,31 0,29 − 0,57 − 0,08 P 168
6 12,79 35,16 30,62 6,62 1,78 0,60 9,06 3,39 − 0,30 − − − 95
7 1,34 31,19 43,37 0,64 0,10 0,34 0,71 − 0,68 1,98 0,24 − 19,41 N 205
8 8,37 14,49 63,99 0,24 0,10 − 0,49 0,70 8,20 0,79 0,85 0,95 0,82 Cu 168
9 7,02 13,69 65,04 1,04 0,48 0,39 − 1,38 0,43 2,36 0,29 − 0,17 Ti; 7,71 N 135
10 13,20 32,38 40,87 1,66 0,21 0,71 1,52 − 2,15 1,20 0,96 4,56 0,38 Cu; 0,11 P; 
0,08 S
145
  1 (54), 2 (55), 2010 / 151
Рис. 2. Энергетические спектры рентгенофлуоресцентного излучения элементов  
от частиц пыли № 1 (а), № 6 (б), № 10 (в)
1 (54), 2 (55), 2010  152 /
залось меньше в 2 раза, а оксида и нитрида – в 3–5 
раз, зато присутствовало много оксида кремния. 
Учитывая, что шлак является сухим и не смачива-
ется расплавом, то благодаря мощному дымососу 
он уносится вместе с дымовыми газами и оседает 
в дымоотводящей системе и циклоне. Поэтому 
в составе пыли могут встречаться шпинели, ко-
рунд, нитриды алюминия, карбидные соединения 
и хлориды щелочных металлов [8].
Учитывая высокую летучесть хлоридов, после 
их испарения в слое шлака могут происходить 
металлотермические реакции, сопровождающиеся 
резким повышением температуры в печи и приво-
дящие к измельчению корольков алюминия и ок-
сидов, что способствует их более интенсивному 
уносу [5].
Для выяснения механизмов потерь металла ис-
следовали состав пыли, оседающей в различных 
участках дымохода при плавке в короткопламен-
ной роторной печи. При определении состава пы-
ли, помимо элементного анализа, использовали 
рентгеноструктурный анализ, позволяющий опре-
делить металлический алюминий и алюминий, 
связанный в химические соединения. Образующи-
еся при резком охлаждении отходящих газов ча-
стицы металлического алюминия крупнее частиц 
оксидов или конденсированных частиц солевых 
возгонов, поэтому они оседают быстрее отдель-
ных частиц печной пыли. В результате наибольшее 
содержание металлического алюминия имеет ме-
сто в начале газохода и составляет 25–30 %. При 
загорании шлака в печи температура на поверхно-
сти шихты резко возрастает и содержание метал-
лического алюминия в местах накопления пыли 
достигает 50 % и наблюдаются многочисленные 
языки желтого пламени от сгорания натрия. 
На втором этапе исследований анализировали 
состав пылегазовых выбросов от короткопламен-
ной роторной печи при плавке в ней стружки алю-
миниевых сплавов в присутствии жидкого флюса. 
Первоначально в печь загружали покровно-
рафинирующий флюс в количестве 40 % от массы 
переплавляемой стружки. После расплавления 
флюса и образования жидкой флюсовой ванны 
в нее порциями загружали стружку, которую заме-
шивали в расплав за счет вращения печи. Общая 
запыленность в газоходе была значительно ни- 
же первой серии плавок и составляла не более 
0,09 г/м3. Следует отметить также и повышенную 
концентрацию хлоридов в газоходе от боровов.
Для выяснения данного явления были проана-
лизированы обменные реакции между жидким 
алюминием и компонентами солевой фазы (NaCl, 
KCl) в присутствии компонентов газовой фазы. С 
большой вероятностью можно считать, что имеет 
место реакция, протекающая с образованием мо-
нохлорида алюминия:
(NaCl) + 3Al + 3/2O2 = {AlCl} + Al2O3 + {Na}, 
что подтверждает расчет значений изменений энер-
гии Гиббса, ∆Gº1050 K = –1166240 Дж/(Cl, F, O).
Металлический натрий в парообразном состо-
янии диффундирует к поверхности солевого рас-
плава, окисляется, образуя практически нелетучий 
оксид натрия Na2O (при 1050 К), но неограничен-
но растворимый в хлоридах натрия и калия. Обра-
зование субсоединений и натрия может протекать 
также по реакциям:
3(NaCl) + 3Al + 3/2{O2} → 
{AlCl3} + Al2O3 + 3{Na},
(NaCl) + 3Al + 3(Na2O) → {AlCl} + Al2O3 + 7{Na},
3(NaCl) + 3Al + 3/2(Na2O) → 
{AlCl3} + Al2O3 + 9{Na},
(NaCl) + 3Al + 3/2{O2} → {AlCl} + Al2O3 + {Na}
c ∆Gº1050 K соответственно –329940; –365570; –3050; 
–1166240.
По мнению С. Б. Новичкова [5], образующийся 
натрий играет роль переносчика кислорода к гра-
нице раздела «жидкий алюминий – солевой рас-
плав» и обеспечивает окисление алюминия до 
Al2O3. Выделяющийся при этом летучий субхло-
рид алюминия покидает реакционную зону и вме-
сте с образованием Al2O3 вызывает безвозвратные 
потери металла. Субхлорид алюминия AlCl – ма-
лоустойчивое соединение, которое распадается по 
реакции:
3{AlCl} → {AlCl3} + 2Al; ∆Gº1050 K = –58770
с образованием высокодисперсного алюминия, уно-
симого отходящими газами.
Чтобы оценить количество различных компо-
нентов шихтовых материалов, теряемых в виде 
мелкой пыли, анализировали пробы пыли, улов-
ленной газоочистными сооружениями. Результаты 
микрорентгеноспектрального анализа приведены 
в табл. 2.
Из таблицы видно, что при таком варианте 
плавки в составе пыли содержится меньшее коли-
чество компонентов и ее частицы имеют более 
стабильный состав.
Такое положение можно объяснить следующи-
ми причинами: во-первых, используется более ка-
чественная шихта, во-вторых, нет прямого контак-
та металла с газовой фазой и факелом пламени, 
что исключает интенсивное окисление компонен-
тов сплава, разрушение хрупких оксидных плен 
  1 (54), 2 (55), 2010 / 153
и унос их отходящими газами. Основную массу 
пыли (более 70 %) составляют частицы NaCl 
и KCl, главные компоненты солевого шлака, что 
свидетельствует о значительных потерях соли 
с пылью при данной технологии плавки. Это 
происходит в основном за счет вращения печи 
в первом периоде плавке при расплавлении флю-
са. Однако при такой технологии возникает не-
обходимость переработки или захоронения зна-
чительных объемов солевых шлаков, что только 
осложняет экологическую ситуацию при реци-
клинге алюминия [9].
Проведенный анализ объемов и составов пы-
легазовых выбросов, образующихся при плавке 
и рафинировании алюминиевых сплавов в различ-
ных плавильных агрегатах, показал [10–12], что 
основную экологическую опасность представляют 
процессы плавки неподготовленного возврата 
и рафинирующей обработки. При использовании 
короткопламенных роторных печей для рециклин-
га отходов алюминиевых сплавов ситуация суще-
ственно осложняется за счет использования по-
кровных и рафинирующих флюсов, обладающих 
повышенной летучестью, и накопления солевых 
шлаков, требующих утилизации или сложной пе-
реработки. Поэтому одним из вариантов повыше-
ния экологической безопасности процессов рафи-
нирования является разработка и применение бо-
лее низкотоксичных препаратов и рафинирующих 
составов. 
Т а б л и ц а  2.  Результаты анализа пыли, отобранной из циклона при плавке алюминиевой стружки 
в короткопламенной роторной печи с 40 % флюса
Номер пробы
Содержание элементов, мас.%
O F Cl Na K Mg Al Si C
1 14,96 8,89 32,56 18,14 9,29 0,58 3,00 0,48 12,10
2 16,30 9,46 31,96 17,48 9,36 0,25 2,88 0,34 11,97
3 14,26 8,76 33,06 17,69 9,84 0,53 2,78 0,50 12,58
4 13,62 7,98 34,46 18,02 10,18 0,62 2,24 0,36 12,52
5 15,53 9,23 32,71 17,76 9,39 0,59 2,34 0,38 12,07
Среднее 14,93 8,86 32,95 17,82 9,62 0,52 2,65 0,41 12,24
Литература
1. Ш м и т ц  К.  Технологии плавления материалов с большой удельной поверхностью // Цветные металлы. 2006. № 9. 
С. 109–113.
2. Х о м е н к о  Л. Е.,  К о м и с с а р у к  З. М.  Некоторые вопросы переработки лома и отходов, содержащих алюминий // 
Экспресс-информация: Вторичная металлургия цветных металлов. 1985. Вып. 8. 
3. Н о в и ч к о в  С. Б.  Использование компьютерного моделирования при разработке технологических процессов во вто-
ричной металлургии. Иркутск, 2006. 
4. Ш у р а н к о в С. Е.  Разработка технологии переплава высокоокисленных отходов алюминиевых сплавов: Автореф. дис. … 
канд. техн. наук. Мн., 2001. 
5. Н о в и ч к о в С. Б.  Теория и практика переработки отходов алюминия в роторных наклонных печах: Автореф. дис. … 
д-ра техн. наук. Иркутск, 2007. 
6. Флюсовая обработка и фильтрование алюминиевых расплавов / А. В. Курдюмов и др. М.: Металлургия, 1980. 
7. Переработка шлаков алюминиевых сплавов методом центробежной фильтрации / А. Ю. Шустров и др. // Цветные ме-
таллы. 2004. № 1. С. 70–73.
8. Ж о л н и н  А. Г.,  Н о в и ч к о в  С. Б.  Структура и свойства алюминийсодержащих шлаков // Цветные металлы. 2006. 
№ 5. С. 71–78.
9. Переработка упорного вторичного алюминиевого и медного сырья во вращающихся печах / В. И. Гель и др. // Цветные 
металлы. 2006. № 3. С. 56–59.
10. Исследование пылегазовых выбросов, образующихся при плавке и рафинировании алюминиевых сплавов в отража-
тельных печах / С. П. Задруцкий и др. // Литье и металлургия. 2009. № 1. С. 78–85.
11. О вредных выбросах при плавке и рафинировании сплава АК9 в индукционных тигельных печах ИАТ-2,5 и ИАТ-6 / 
Б. М. Немененок и др. // Металлургия машиностроения. 2009. № 4. С. 43–46.
12. Пылегазообразование при плавке и рафинировании силуминов в печи САН-2,5 / Г. А. Румянцева и др. // Литейное про-
изводство. 2009. № 11. С. 28–31.