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| 廢鋁和合金熔煉設(shè)備為熔體凈化處理 |
| 來(lái)源：中國(guó)鋁材信息網(wǎng)，更新時(shí)間：2007-2-11 12:44:51，閱讀：
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廢雜鋁在重熔前必須進(jìn)行分選（包括手工分選、磁選、懸浮選等）處理（除水、除液、除漆、焙燒等），一般的廢鋁處理室熔并鑄成成份性能符合產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求的鑄錠鋁，廢鋁的再生即告一段落。后加工同原生鋁是相同的。再生鋁鑄錠的標(biāo)準(zhǔn)與原生鋁鑄錠要求是一樣的。為達(dá)此目的，關(guān)鍵是通過(guò)分選、處理保證熔煉的原料達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。但是在熔煉設(shè)備和熔體的處理必須給予充分重視。否則，同樣得不到符合標(biāo)準(zhǔn)的鑄錠。
1、 熔煉設(shè)備
嚴(yán)格說(shuō)來(lái)，再生鋁的熔煉設(shè)備與原生鋁是一樣的。但是，由于廢鋁形狀大小不一，對(duì)于小尺寸的料熔煉時(shí)燒損大，甚至尚未入爐熔化，即已氧化完了。因此，熔化廢鋁的設(shè)備更需考慮氧化燒損及因此提出的對(duì)設(shè)備的各種要求。
鋁的熔點(diǎn)雖較低（660℃）, 但其熔化潛熱和比熱大，因此鋁熔化所需熱量甚至超過(guò)銅（Cu熔點(diǎn)963℃），說(shuō)明鋁熔煉的節(jié)能是十分重要的。
熔鋁爐有反射爐、感應(yīng)爐、電阻爐等。反射爐又有輻射式和對(duì)流式熔鋁爐。反射爐使用的燃料有天然氣、煤氣、重油等。按幾何形式分，有側(cè)裝料矩形爐和頂裝料的圓形爐等。目前，除電阻爐外，反射爐和感應(yīng)爐的應(yīng)用不斷擴(kuò)大并不斷改進(jìn)完善。我國(guó)尚有很多鄉(xiāng)鎮(zhèn)個(gè)體企業(yè)采用土法的地坑式坩鍋爐，用煤作燃料，因此能耗高、燒損嚴(yán)重、實(shí)收率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)率低等原因，這是屬于淘汰方法。
感應(yīng)熔鋁爐：常用的有無(wú)芯和有芯兩種，這種爐的優(yōu)點(diǎn)是：
① 吸氣少、氧化燒損少，一般金屬鋁燒損僅0.5%左右。原料碎小時(shí)也不是1%，對(duì)廢鋁而言最多才5%。
② 熔化時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)烈磁力線攪拌，成分均勻，熔化快，對(duì)碎料十分有利。
③ 單位電耗少，熱效率高。一般情況下，電耗為380~450千瓦小時(shí)/噸，熱效率可達(dá)70%。電阻爐則相應(yīng)為430~600千瓦小時(shí)/噸和50%。
④ 占地少，操作環(huán)境好
缺點(diǎn)是熔溝式感應(yīng)爐更換品種時(shí)需將熔溝中的鋁清除，帶來(lái)困難。其次是熔溝中耐火材料受熔鋁沖刷剝落污染熔體。
反射爐：反射爐是目前使用最多的爐型，輻射式熔鋁爐主要是通過(guò)火焰加高溫爐墻進(jìn)行高溫輻射傳熱使?fàn)t料熔化（圖1）。
這種爐子用輻射熱熔鋁，爐料吸收的熱量有限，熱效率才8%。因此，近幾年對(duì)流式熔鋁爐不斷得到擴(kuò)大應(yīng)用（圖2）。
對(duì)流式熔鋁爐是以對(duì)流傳熱方式為主的熔化爐。在快速溶鋁爐等爐型中普遍采用高速或超高速燒咀�；鹧嫠俣雀哌_(dá)120—150米/秒，使用高速燒咀，傳熱效率明顯提高，其熱效率比輻射式高2/3以上。其次，由于爐溫降低和強(qiáng)熱的爐氣對(duì)流，使金屬燒損大為減少。因此得到了廣泛的應(yīng)用。
對(duì)流式反射爐有不同的結(jié)構(gòu)：圖3列出了豎式爐結(jié)構(gòu)。這種爐子的特點(diǎn)是：爐子沒有爐膛，鋁一邊熔化，一邊順著斜爐底流出爐子，進(jìn)入靜量爐。冷卻啟動(dòng)時(shí)，能在熔化5—10分鐘后即可出鋁水。停爐后，鋁水在1—2分鐘內(nèi)即可出完。操作方便，可連續(xù)出鋁水。燒咀燃燒速度可調(diào)，采用這種爐子能耗少。這種爐子可專門用于熔化廢飲料罐，熔化擠壓型材廢料等。圖4列出快速溶鋁爐流動(dòng)由塔形預(yù)熱區(qū)和箱型升溫區(qū)組成。爐料經(jīng)斗式斜橋提升機(jī)塔頂裝入塔式爐內(nèi)，廢氣與爐料接觸使?fàn)t料預(yù)熱，溫度可達(dá)300~400℃，在塔形爐下部裝有使?fàn)t料熔化的高速噴嘴。氣流速度100~300米/秒，對(duì)爐料進(jìn)行沖擊加熱，使其快速熔化，熔融鋁液沿傾斜爐底導(dǎo)入升溫區(qū)。在升溫室頂部裝有火焰鋪展性不大的燒嘴，將熔融鋁液加熱到燒鑄溫度，并得到靜置。
這種爐在處理熔化73%返料和27%鋁錠時(shí)，金屬損耗僅1.5%。這種爐子的另一優(yōu)點(diǎn)是爐料從爐頂下降過(guò)程中，不斷干燥、預(yù)熱、軟化、下沉，易揮發(fā)物、水汽等一并隨煙氣排出煙道，一些油漆之類物質(zhì)也可在熔化前燃燒排除。因此熔鋁的質(zhì)量也可提高。
日本大久國(guó)雄提出了重熔鋁廢料用敞口井式反射爐結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)（圖5）這種爐子由預(yù)熔室、熔化室、壓料裝置和電磁攪拌器等構(gòu)成。此爐的特點(diǎn)是敞露的熔池便于廢料裝爐，并使?fàn)t料直接與熔池內(nèi)的熔體接觸而快速熔化，敞口井上方有將廢料搗入熔體內(nèi)的壓料裝置。敞口井與熔化室相連，中間由爐門隔開，兩者熔池在爐門以下相通。熔化室由爐門和爐頂封閉，室內(nèi)燒嘴加熱熔鋁。熔化室爐襯下底外配置有攪拌熔體的電磁攪拌器。電磁攪拌器的位置可調(diào)。這種爐最適用于金屬鋁廢料，特別是空鋁罐，鋁切屑等廢料的重熔，且不用傳統(tǒng)的打壓成包。鋁廢料在敞口井處裝入后，由壓料裝置強(qiáng)行壓入熔體，可加快熔化。這減少了鋁箔等鋁材的燒損，而廢料的表面的油漆和涂料等燃燒時(shí)產(chǎn)生的廢氣，幾乎進(jìn)不到熔化室，全部從敞口上空消散或往煙塵收集器凈化后放空。電磁攪拌提高了熔化率并使成分均勻，提高產(chǎn)品質(zhì)量。
現(xiàn)代反射爐主要是燃燒氣油，其中關(guān)鍵是燒嘴的結(jié)構(gòu)。國(guó)內(nèi)的“顏氏快速熔鋁爐”和“顏氏燃燒器”得到推廣應(yīng)用，取得較好的結(jié)果。
上海鋁線廠使用燃煤豎式熔鋁爐，對(duì)沒有條件的中心企業(yè)有一定參考價(jià)值。此時(shí)，把煤加入燃燒室燃燒，輔以鼓風(fēng)機(jī)助燃，燃燒產(chǎn)生的火焰通過(guò)翻火墻竄入爐體內(nèi)，將熱量引入爐膛熔化鋁料。
電阻爐：電阻爐目前只在一些小型企業(yè)中應(yīng)用，因其熱效率低，熔化速度慢等缺點(diǎn)，大型爐子已逐步被反射爐和感應(yīng)爐代替。
二、鋁熔體的精煉
鋁再生時(shí)凈化精煉是十分重要的工序，有關(guān)凈化內(nèi)容下面再述。再生鋁重熔時(shí)精煉劑的消耗經(jīng)常因鋁液的質(zhì)量問(wèn)題而比原生鋁要多許多，這就導(dǎo)致成本、人力、時(shí)間的增加。因此，提高精煉效果對(duì)于再生鋁熔煉尤為重要。在精煉方面研究較多，蘇聯(lián)人提出向熔體深處引入高溫氣流精煉鋁熔體的方法（見圖6）。
具體方法是把裝有鋁熔體的澆包運(yùn)到精煉裝置處，把與直流電源相接的等離子流發(fā)生器接通，把等離子流發(fā)生器插入熔體的2/3深度。
在800~850℃下，一直在氬氣等離子流作用下精煉。在此期間，通過(guò)蒸發(fā)系統(tǒng)和等離子發(fā)生器向熔體加入CCl4。用這種方法處理鋁熔體后，熔體表面上的有害夾雜物不超過(guò)1.5%，HCl蒸氣是其主要組成物。
三、再生鋁合金凈化處理
眾所周知，廢雜鋁的回收至今極少走原生鋁的流程，即還原電解，其主要原因是經(jīng)濟(jì)上劃不來(lái)。因?yàn)閺U雜鋁的回收花費(fèi)大。通常報(bào)道，再生鋁回收電耗僅為原鋁的5%，僅僅指熔化廢鋁、廢鋁回收處理和運(yùn)輸消耗的能量。電解鋁所需的能量則遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于此數(shù)，通常噸鋁電解電耗為13000~15000千瓦小時(shí)，能耗成本將十分可觀。同時(shí)，由于廢雜鋁中存在有許多礦石中所沒有的添加元素，這將給再生利用帶來(lái)麻煩，甚至一般工藝無(wú)法達(dá)到恢復(fù)原生鋁純度的目的。從各種因素綜合考慮，現(xiàn)今各國(guó)再生鋁工藝的工序是廢鋁-分解-處理-重熔-不同牌號(hào)成分的再生鋁合金。當(dāng)然以上工藝程序存在有成分難以控制、配制的困難。
因此，在重熔時(shí)凈化、提純的課題仍是再生鋁工業(yè)中大家共同探索的課題。除采取在廢雜鋁在熔化爐之前進(jìn)行各種處理，以免雜質(zhì)，外來(lái)元素進(jìn)入等措施外，還需研究根據(jù)產(chǎn)品需要、工藝需要在熔化過(guò)程中降低雜質(zhì)元素及某些原合金元素的含量，使其與生產(chǎn)目標(biāo)合金成分標(biāo)準(zhǔn)要求。目前最通用的方法是凈化爐前原料分析，精心配制，分多次加料，加強(qiáng)熔化時(shí)攪拌，強(qiáng)化爐前分析，強(qiáng)化精煉出爐、靜置爐熔劑精煉等，用以保證金屬內(nèi)部純度，保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高實(shí)收率。強(qiáng)化分析，將原廢雜鋁按成分分類分級(jí)。分別使用是保證產(chǎn)品化學(xué)成分質(zhì)量的最有力的措施之一。經(jīng)分析綜合標(biāo)準(zhǔn)或廠內(nèi)廢料、碎料，在處理打包后重熔或再生錠后再根據(jù)分析使用。
熔體凈化是十分重要的工序，廢雜鋁中內(nèi)部純度差，不同程度地含有氧化膜等， 有的表面被水、油垢、油漆、灰塵污染嚴(yán)重，極易進(jìn)入熔體，形成梳松夾雜缺陷，影響鑄件最終性能，必須強(qiáng)化熔體凈化處理，常用凈化處理方法，見下表：
凈化處理方法系列：
表中所列的方法對(duì)于除氫、非金屬夾雜和鈉等異物均有不同程度的效果。對(duì)于廢雜鋁中原有的合金元素提取極為困難，鮮見報(bào)道，但有時(shí)可以利用一些合金元素的相互關(guān)系影響合金性能來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。如Mg和Si形成Mg2Si化合物強(qiáng)化相。組成的Mg2Si的Mg/Si重量比是1.73。當(dāng)Mg2Si>1.73時(shí)將影響Mg2Si在合金中的固溶度，減弱熱處理效應(yīng)。過(guò)剩Si都無(wú)影響。Fe和 Si同時(shí)存在時(shí)形成三元化合物，F(xiàn)e>Si時(shí)，形成較多的α脆性相（Al2Fe3Si2）; Fe<Si時(shí)生成更脆的β相（Al12Fe2Si）。為防止開裂，對(duì)Si應(yīng)控制在充分滿足Mg2S的生成后剩余Si不大于鐵含量的范圍內(nèi)。適當(dāng)提高鐵可明顯降低鑄造熱裂傾向。根據(jù)這些關(guān)系，可適當(dāng)進(jìn)行成分調(diào)整，以滿足產(chǎn)品要求。
（北京有色金屬研究院 趙國(guó)權(quán)） |
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