高效廢鋁再生熔煉爐組

謝曉燕，余廣松，閆輝

(1蘇州有色金屬研究院有限公司，江蘇 蘇州215026)( 2蘇州新長光熱能科技有限公司，江蘇 蘇州215129)

有色金屬鋁以其優(yōu)越的金屬特性，運用領域日益擴大，需求量也逐漸增多，與之相伴鋁加工過程中產(chǎn)生的鋁屑量也不斷增大。鋁具有很高的可回收性，用廢鋁生產(chǎn)再生鋁，不論是在節(jié)能還是環(huán)保方面效果都非常突出[1～3]。然而，我國再生鋁生產(chǎn)企業(yè)對于細屑類廢料的回收熔煉設備陳舊，能源消耗較大，氧化燒損率高，這不僅造成有限金屬資源的浪費，而且還會污染環(huán)境[4～5]。如何減少燒損，提高回收率，是鋁屑回收需要重點解決的問題。目前發(fā)達國家普遍采用鋁液覆蓋熔化鋁屑技術，該技術的核心問題是解決鋁屑的有效沉熔。本文研究的鋁屑回收熔煉爐組就是以鋁液覆蓋熔化鋁屑再生技術為基礎，利用電磁泵提供動力使鋁液在加料井中形成非接觸式漩渦，該技術不僅可以有效的降低鋁屑熔煉過程中的氧化燒損問題，同時該裝置不直接接觸鋁液，防止其污染，也有利于改善環(huán)境。

1 設備簡介

該廢鋁回收裝置裝爐量為4噸，電加熱與火焰加熱并用，采用爐膛、鋁液串級控制，連續(xù)生產(chǎn)方式。該系統(tǒng)結構如圖1所示，主要由熔化室、電磁循環(huán)泵、加料井、循環(huán)管路四部分組成。熔煉室與加料井之間通過循環(huán)管路連接，鋁液在電磁力的作用下通過循環(huán)管路在熔煉室與加料井之間循環(huán)流動。熔煉室是該系統(tǒng)中的主要熱量供給點，可以采用電加熱或者燃氣供給熱量。本系統(tǒng)試驗中采用輻射管電加熱器，加熱器安裝在爐頂，分組控制，升溫速度快，控溫響應及時。安裝在進料管上的電磁泵為鋁液流動提供動力，本文采用可變頻控制電磁泵，鋁液輸送能力可調控。加料井頂部有燒嘴供熱，不僅是鋁屑的加入口，同時其結構也直接決定著進入加料井的鋁液能否形成具有一定卷吸力的漩渦。循環(huán)管路的主要作用是連接加料井和熔化室，為鋁液流動提供路徑，循環(huán)管路的管徑、角度和方向都會在一定程度上影響加料井中鋁液的流動狀態(tài)。

1—熔化室 2—循環(huán)管 3—電磁泵 4—側井爐5—爐頂燒嘴 6—清理口 7—燒嘴 8-加熱元件

2 工藝流程

在開爐時往爐內投入一定量的干凈大塊鋁廢料，通過安裝在熔煉室的加熱系統(tǒng)進行熔化，當熔煉室內鋁液溫度和深度達到電磁循環(huán)泵的開啟條件時，開啟電磁循環(huán)泵，使熔融的鋁液能夠在熔煉室和加料井之間循環(huán)，此循環(huán)過程將一直進行下去。將廢鋁屑通過振動給料器投入到加料井內，加料過程可以是連續(xù)的也可以是間斷的，快速流動的熱態(tài)鋁液會迅速將加入的鋁屑沉熔，使其成為大循環(huán)當中新的鋁液，系統(tǒng)中鋁液的流動軌跡如圖2所示。

圖2 側井爐鋁液流動軌跡簡圖

3 設備運行流程

3.1 加料井中漩渦形成

當熔煉室中液面高度淹沒過循環(huán)管口一定深度時，電磁泵就可以開啟正向循環(huán)，打開加料井上蓋，在觀察平臺上觀察加料井中鋁液的流動狀況。開啟電磁泵前根據(jù)連通器原理，加料井中的鋁液深度與熔煉室中高度相同，加料井初始鋁液深度大于50mm。電磁泵低檔運行時，加料井中可以形成漩渦但是漩渦不大，漩渦只在中間存在；開中檔時加料井中漩渦明顯，漩渦邊沿距加料井底部距離大約為330mm，漩渦中心有一定深度,如圖3所示；開高檔時，加料井中漩渦邊沿距加料井底部中心距離大約為670mm，且漩渦中心較深。

圖3 電磁泵低檔運行時加料井中的漩渦情況

3.2 漩渦對加入鋁屑的卷吸能力

電磁泵低檔運行時，向加料井的漩渦中加入鋁屑，由于鋁液運動速度較慢，形成的旋渦卷吸強度較小，同時因鋁液表面氧化膜的存在，剛加入的鋁屑會漂浮在鋁液表面，不能將加入的鋁屑卷吸融化，如圖4所示。電磁泵開中檔運行時，漩渦具有一定強度，在加料井的靠近邊緣處鋁液流動速度較慢，存在一定量的氧化膜，如圖5所示，中間的漩渦已經(jīng)具有一定卷吸能力，可以順利有效的將加入到料井中心區(qū)域的鋁屑卷吸覆蓋。電磁泵開高檔運行時，加料井內鋁液漩渦的強度大，整個加料井內鋁液運動速度快，鋁液運動劇烈，使得鋁液表面不能形成氧化膜，對加入料井內鋁屑的卷吸力很強，可以很快將加入的鋁屑卷吸熔化，沒有鋁屑漂浮在鋁液表面的現(xiàn)象。試驗過程中加入廢鋁屑的情況如圖6所示，但試驗前需要先進行干燥除油預處理，其中包括體積很小的細屑料和表面積較大的廢鋁料。試驗過程中爐組對細鋁屑料的卷吸效果好于表面積較大的廢鋁料。

圖4 電磁泵開低檔運行時加入的鋁屑漂浮在鋁液表面

圖5 電磁泵開中檔時加料井中氧化膜情況

3.3 加料過程中鋁液溫度的變化

① 間斷向加料井內加料時，熔煉爐內鋁液溫度的變化為：鋁液初始溫度→逐漸降低(期間鋁屑已加入)→最低溫度→溫度回升到初始溫度。

② 熔煉爐爐氣溫度為800℃，電磁泵開中檔，鋁屑加入量為24kg時鋁屑加入前爐膛內鋁液溫度為746℃，鋁屑加入后爐膛內鋁液最低溫度為739℃，溫降為7℃。電磁泵開高檔，鋁屑加入量為24kg時，鋁屑加入前爐膛內鋁液溫度為746℃，鋁屑加入后爐膛內鋁液最低溫度為742.7℃，溫降為3.3℃。

圖6 加入廢鋁屑情況

③ 加入等量的鋁屑，熔煉爐供熱能力越大，加料過程的溫降過程越短；電磁泵能力越強，(即鋁液循環(huán)速度越快，)加料過程的溫降越小，過程越短，爐組的生產(chǎn)能力越高。

④ 連續(xù)加料，當單位時間加料量與熔煉爐供熱能力和電磁泵循環(huán)能力之間達到平衡時，熔煉爐內溫度基本保持恒定。

4 結論

本文論述的廢鋁屑回收熔煉爐組，采用非接觸式漩渦技術，由安裝在進料管上的電磁泵提供動力，利用加料井內部的特殊結構，使鋁液在加料井中形成強度大的漩渦，對加入的鋁屑沉熔效果好。該爐組具有一定的鋁屑處理能力，采用該爐組熔化鋁屑可以有效減小鋁屑的氧化燒損量，(比普通鋁屑熔煉爐減少4%左右)，能耗可降低10～15%。該爐組熔化能力為0.5噸(廢屑)/小時。本系統(tǒng)適應于現(xiàn)有的所有廢鋁熔煉廠家，且能很方便的將原有的爐型轉換成側井式爐進行生產(chǎn)。

[1] 張正國，張孟林，劉金貴．我國再生金屬熔煉設備的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J]．工業(yè)爐，2008(30)：15～19．

[2] 楊忠敏．廢鋁回收再生是當代受益惠及子孫的綠色工程[J] ．鋁加工，2007(6)：52～58 ．

[3] H. Amini Mashhadi, A. Moloodi. Recycling of aluminium alloy turning scrap via cold pressing and melting with salt flux [J]．Journal of materials processing technology，2009：3138～3142.

[4] 張正國，張孟林．再生鋁的熔煉設備[J]．工業(yè)爐，2006(28)：21～26．

[5] 郭 瑞，王兆文，邱竹賢．簡析廢鋁再生的現(xiàn)狀[J]．有色礦冶，2005(3)：22～26 ．